Vědci využívají 'blesky v láhvi' k přeměně metanu na žádaný metanol v jediném kroku

Vědci z Northwestern University objevili převratný způsob, jak přeměnit zemní plyn na kapalné palivo. Využívají k tomu drobné záblesky plazmatu, které připomínají „mini blesky“, v prosklených trubicích ponořených ve vodě.

Vědci z Northwestern University objevili převratný způsob, jak přeměnit zemní plyn na kapalné palivo. Využívají k tomu drobné záblesky plazmatu, které připomínají „mini blesky“, v prosklených trubicích ponořených ve vodě. Tým pod vedením Dayneho Swearera úspěšně přeměnil metan přímo na metanol v jediném kroku, což je proces, který nazývají „blesk v láhvi“.

Metanol je vysoce žádaná průmyslová chemikálie s širokým využitím v mnoha produktech denní potřeby, průmyslových rozpouštědlech a získává si pozornost jako čistší palivo pro lodě a průmyslové kotle. Současné průmyslové metody výroby metanolu z metanu jsou energeticky náročné, vyžadují extrémní teplo a vysoký tlak a globálně emitují miliony tun oxidu uhličitého ročně. Vědci se dlouho snažili najít energeticky účinnější řešení v jednom kroku, ale potýkali se s nestabilitou metanu a rychlou degradací metanolu na oxid uhličitý.

Nový proces využívá pouze elektřinu, vodu a katalyzátor na bázi oxidu mědi, což představuje čistší a elektrifikovanou cestu k výrobě jedné z nejpoužívanějších chemických stavebních látek na světě. Klíčem k úspěchu je plazma – vysoce energetický stav hmoty plný rychle se pohybujících „horkých“ elektronů. Místo zahřívání celého systému na extrémní teploty vědci aplikují pulzy vysokonapěťové elektřiny, které vytvářejí blesky uvnitř reaktoru a štěpí vazby metanu.

James Ho, doktorand v laboratoři Dayneho Swearera, sestrojil plazmový „bublinový reaktor“, což je porézní skleněná trubice potažená katalyzátorem z oxidu mědi. Metanový plyn proudí trubicí, zatímco elektrické pulzy jej přeměňují na plazmu, která štěpí metan a vodu na vysoce reaktivní fragmenty. Tyto fragmenty se poté rekombinují za vzniku metanolu, který se okamžitě rozpouští v okolní vodě. Toto rychlé „zhášení“ zastaví chemickou reakci v pravý okamžik a zabrání rozkladu metanolu na oxid uhličitý. Proces byl dále vylepšen zředěním metanu argonem, který se v plazmě stal aktivním účastníkem, zvýšil hustotu elektronů a snížil nežádoucí vedlejší produkty.

Za optimalizovaných podmínek s přítomností argonu systém prokázal 96,8% selektivitu metanolu v kapalné směsi. Kromě metanolu vznikly i další cenné produkty, jako je etylen (prekurzor pro výrobu plastů) a vodík (důležitá komoditní chemikálie a bezuhlíkové palivo). Pokud by byl tento plazmový systém škálován, mohl by umožnit menší, distribuovaná zařízení, která by elektřinou přeměňovala metan na kapalná paliva. To by mohlo řešit problém úniků metanu z vrtů, které v současnosti přispívají ke globálnímu oteplování, a místo spalování metanu by se z něj vyrábělo transportovatelné kapalné palivo.