Międzynarodowy zespół badawczy, kierowany przez naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze, stworzył szybką i tanią metodę przekształcania metanu (gazu) w metanol (ciecz). Wszystko to w warunkach standardowej temperatury i ciśnienia.
Aby zobaczyć, jak przebiega sam proces, naukowcy wykorzystali rozpraszanie neutronów w instrumencie VISION w Spallation Neutron Source w Oak Ridge National Laboratory. Metoda ta polega na ciągłym przepływie wody nasyconej metanem/tlenem przez katalizator MOF. Jest on porowaty i zawiera różne składniki, z których każdy odgrywa rolę w absorbowaniu światła, przenoszeniu elektronów oraz aktywacji i łączeniu metanu i tlenu. Taki proces powszechnie uważany jest za “świętego Graala katalizy” i stanowi obszar zainteresowania badań wspieranych przez Departament Energii USA. Szczegóły odkrycia opisano w Nature Materials.
Jak zamienić metan w metanol?
Naukowcy od dawna poszukiwali ekonomicznego i wydajnego sposobu przekształcania metanu w metanol, który jest bardziej wszechstronnym źródłem węgla i jest łatwo transportowalną cieczą. Może być wykorzystywany do wytwarzania tysięcy produktów, takich jak rozpuszczalniki, środki zapobiegające zamarzaniu, tworzywa akrylowe; tkaniny i włókna syntetyczne; kleje, farby oraz środki chemiczne stosowane w farmaceutyce i rolnictwie.
Czytaj też: Urządzenie o grubości liczonej w atomach. Jak chemia umożliwiła stworzenie elektroniki?
W miarę kurczenia się rezerw ropy naftowej coraz bardziej atrakcyjna staje się również konwersja metanu na wysokowartościowe paliwo, takie jak metanol. Proces opracowany przez naukowców z Manchesteru wykorzystuje materiał MOF oraz światło widzialne do napędzania konwersji.
Aby znacznie uprościć proces, gdy gaz metanowy jest wystawiony na działanie funkcjonalnego materiału MOF zawierającego miejsca monożelazowo-hydroksylowe, aktywowane cząsteczki tlenu i energia ze światła promują aktywację wiązania C-H w metanie w celu utworzenia metanolu. Proces jest w 100% selektywny – co oznacza, że nie ma niepożądanego produktu ubocznego – porównywalny z monooksygenazą metanu, która jest enzymem w naturze dla tego procesu.prof. Sihai Yang z Uniwersytetu w Manchesterze
Wykazano, że stały katalizator można wyizolować, umyć, wysuszyć i ponownie wykorzystać przez co najmniej 10 cykli, czyli około 200 godzin reakcji – bez utraty wydajności. Nowy proces jest analogiczny do tego, jak rośliny przekształcają energię świetlną w energię chemiczną podczas fotosyntezy.
Proces ten został określony mianem “świętego Graala katalizy”. Zamiast spalać metan, teraz może być możliwe przekształcenie tego gazu bezpośrednio w metanol, wysokowartościowy związek chemiczny, który może być stosowany do produkcji biopaliw, rozpuszczalników, pestycydów i dodatków do paliw w pojazdach. Ten nowy materiał MOF może być również zdolny do ułatwienia innych rodzajów reakcji chemicznych, służąc jako rodzaj probówki, w której możemy połączyć różne substancje, aby zobaczyć, jak reagują.prof. Martin Schröder z Uniwersytetu w Manchesterze
Dzięki wyeliminowaniu konieczności stosowania wysokich temperatur lub ciśnień oraz wykorzystaniu energii ze światła słonecznego do napędzania procesu fotoutleniania, nowa metoda konwersji mogłaby znacznie obniżyć koszty sprzętowe i operacyjne.
