Ovo je otkriće koje bi moglo promijeniti budućnost svijeta

Zapravo sve ubacimo u ekspres-lonac i onda se reakcija događa spontano, jednostavno objašnjava ovaj nevjerojatan podvig njegov autor.

Martina Čizmić | 30.08.2024. / 08:42 komentari
Juan Jimenez i Sanjaya Senanayake (Foto: Kevin Coughlin/Nacionalni laboratorij Brookhaven)

 Gotovo se revolucionarnim može nazvati postupak koji su razvili znanstvenici američkog Ministarstva energetike i partnerskih institucija. Naime, kako su naveli u znanstvenom radu objavljenom u časopisu American Chemical Society, oni su razvili postupak i izradili visoko selektivan katalizator koji može pretvoriti metan u lako prenosivo tekuće gorivo, metanol, u samo jednom koraku.

tri vijesti o kojima se priča Haker, ilustracija I pretvorili u kriptovalute Jedna od najvećih digitalnih pljački u povijesti: U manje od tri sata, hakeri ukrali oko 140 milijuna dolara iz banaka Rijetki fenomen Astronautkinja na Međunarodnoj svemirskoj postaji uhvatila "crvenog duha" Vrijeme na Zemlji, ilustracija zemlja je poludjela Znanstvenici upozoravaju: Dolazi dan kakav čovječanstvo još nije doživjelo

Podsjetimo, metan je prirodni plin kojeg je moguće vaditi iz podzemnih rezervi, dok je metanol metilni alkohol koji se koristi kemijskoj industriji i proizvodnji, ali i kao gorivo. 

Kako pojašnjavaju u svom radu, proces pretvaranja metana u metanol odvija se na temperaturama nižima od onih koje su potrebne za napraviti šalicu čaja, a nakon završenog postupka nema dodatnih nusproizvoda.

Slika nije dostupna Hrvatski znanstvenici nadomak razvoja novog materijala za selektivno pretvaranje ugljikova dioksida u metanol

Ističu kako je to velik korak naprijed u odnosu na tradicionalne postupke konverzije koji, obično, zahtijevaju čak tri različite reakcije, svaka pod drugačijim uvjetima i na puno višim temperaturama.

Zapravo sve ubacimo u ekspres-lonac i onda se reakcija događa spontano, ističe kemijski inženjer Juan Jimenez, postdoktorand u kemijskom odjelu Nacionalnog laboratorija u Brookhavenu i vodeći autor studije.

Zajednički rad na dva kontinenta

Osnovna znanost koja stoji iza pretvorbe temelji se na desetljeću zajedničkog istraživanja. Kemičari iz Brookhavena surađivali su sa stručnjacima u Lab's National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) i Centru za funkcionalne nanomaterijale (CFN) kao i istraživačima u Nacionalnom laboratoriju Ames i međunarodnim suradnicima u Italiji i Španjolskoj.

Znanstvenici su koristili računalno modeliranje i niz drugih tehnika ne bi li saznali kako ovi katalizatori rade na trganju i ponovnom stvaranju kemijskih veza za pretvaranje metana u metanol i kako bi razjasnili ulogu vode u reakciji.

Ranije studije, proveden na pojednostavljenim modelima katalizatora pod vrlo netaknutim uvjetima, dale su timu dragocjene uvide u to kako bi katalizatori trebali izgledati na molekularnoj razini i kako bi se reakcija potencijalno odvijala.

Slika nije dostupna Svako drugo odlagalište otpada u SAD-u "super-izvor" metana

Juan je napravio te koncepte koje smo naučili o reakciji uzeo i optimizirao ih, radeći s našim kolegama iz sinteze materijala sa Sveučilišta u Udinama u Italiji, teoretičarima s Instituta za katalizu i petrokemiju i Politehničkog sveučilišta u Valenciji u Španjolska, i kolegama za karakterizaciju ovdje u Brookhavenu i Ames Labu. Ovaj novi rad potvrđuje ideje koje stoje iza ranijeg rada i prevodi sintezu katalizatora u laboratoriju u mnogo praktičniji proces za izradu količina katalitičkog praha u kilogramima koji su izravno relevantni za industrijske primjene, pojasnio je koautor studije Sanjaya Senanayake.

"Tajni sastojak"

"Tajni sastojak" ovog procesa tanki je sloj "međufaznog" ugljika između metala i oksida koji pomaže aktivnom metalu, paladiju, pretvoriti metan u metanol.

Ovo je trofazna reakcija s plinovitim, krutim i tekućim sastojcima — točnije plinom metanom, vodikovim peroksidom i vodom kao tekućinama te krutim praškastim katalizatorom — a ova tri sastojka reagiraju pod pritiskom. Dakle, morali smo izgraditi nove trofazne reaktore pod tlakom kako bismo mogli pratiti te sastojke u stvarnom vremenu, rekao je Senanayake.

Tim je izgradio jedan reaktor u Odjelu za kemiju i koristio se infracrvenom spektroskopijom za mjerenje brzina reakcije i identificiranje kemijskih vrsta koje su se pojavile na površini katalizatora kako je reakcija napredovala.

Na kraju, tim je otkrio kako aktivno stanje njihovog trokomponentnog katalizatora — napravljenog od paladija, cerijevog oksida i ugljika — iskorištava složeno trofazno mikrookruženje tekućina-krutina-plin za proizvodnju konačnog proizvoda.

Slika nije dostupna Spaljivanje plina na baklji ugrožava milijune ljudi na Bliskom istoku

U konačnici, umjesto tri odvojene reakcije u tri različita reaktora koji rade pod tri različita skupa uvjeta za proizvodnju metanola iz metana s potencijalom nusproizvoda koji zahtijevaju skupe korake odvajanja, tim ima trodijelni katalizator koji pokreće trofaznu reakciju sve u jednom reaktoru sa 100-postotnom selektivnošću za proizvodnju metanola.

Dodatni je plus ovoj tehnici što bi se mogla primijeniti i na iskorištavanje zaliha prirodnog plina u izoliranim područjima, gdje je izgradnja pogona za izvlačenje i preradu te sam transport izuzetno skup. Naime, ova bi tehnika izvađeni plin pretvorila u jednostavno tekuće gorivo koje je lako transportirati.

Mogli bismo skalirati ovu tehnologiju i primijeniti ju za lokalnu proizvodnju metanola koji se potom može koristiti za proizvodnju električne energije, kemijsku proizvodnju ili pak kao gorivo, ističe Senanayake.

Izvor: Nacionalni laboratorij u Brookhavenu 

Vezane vijesti