Новая технология, использующая мини-молнии в трубке, погруженной в воду, эффективно преобразует метан в метанол. Этот метод снижает выбросы углекислого газа и может применяться в местах утечки метана, превращая его в полезное топливо.
Химики из Северо-Западного университета в США совершили прорыв, который может изменить методы производства одного из ключевых видов топлива и химического сырья на планете. Вместо сложных и энергоемких промышленных процессов достаточно использовать несколько мини-молний в стеклянной трубке, погруженной в воду.
В статье, опубликованной в журнале Американского химического общества, команда под руководством профессора Дейна Суарера продемонстрировала, как с помощью высоковольтных импульсов можно превращать метан в метанол, минуя промежуточные этапы. Процесс оказался удивительно простым.
Пористая стеклянная трубка, покрытая оксидом меди (CuO), погружена в воду. Через нее пропускают метан, смешанный с аргоном. При подаче коротких импульсов высокого напряжения внутри трубки возникает холодная плазма, напоминающая мини-молнии. Электроны разрушают стабильные связи C-H в метане, а полученные фрагменты реагируют с молекулами воды на поверхности катализатора, образуя метанол.
Продукт мгновенно растворяется в воде, предотвращая его дальнейшее окисление до CO2. Процесс протекает при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, в отличие от традиционного метода, требующего 250-300 °C и давления 50-100 бар (а старые технологии — даже 200-300 бар).
Ученые достигли селективности метанола в жидкой фазе 96,8%, а его доля среди всех продуктов составляет около 57%. В процессе также образуются ценные побочные продукты: водород (экологически чистое топливо), этилен (сырье для пластмасс) и немного пропана.
"Мы используем импульсы высокого напряжения, — объясняет Дейн Суарер. — Когда электрический потенциал достаточно высок, внутри реактора возникают молнии, как во время летней грозы. Это позволяет нам разрушать связи метана без нагрева всей системы до экстремальных температур."
Этанол играет важную роль как химическое сырье. Его используют для создания пластмасс, красок, клеев и топлива, в том числе в судоходстве. Но традиционные методы добычи природного газа требуют много энергии и выделяют много CO2. Новый подход использует электричество и может работать в небольших установках. Он способен перерабатывать метан, который сегодня часто сжигают факелами.
"Мы можем установить небольшой реактор там, где метан выходит в атмосферу. Вместо того чтобы превращать его в углекислый газ, мы сделаем его жидким топливом", - говорит Суарер. Пока что это только лабораторный эксперимент. Исследователи планируют улучшить процесс и эффективно разделять метанол.