Bättre gas-till-metanol-katalysator

En ny katalysator för att omvandla metan, huvudkomponenten i naturgas, till ett flytande bränsle – metanol – har utvecklats av forskare i Tyskland. Katalysatorn skulle kunna göra direkt omvandling av metan till metanol billigare än vad den är med befintliga katalysatorer, men den kommer sannolikt att missa en helig gral av kolvätekemi - en katalysator som tillåter naturgas att ersätta petroleumbränslen i stor skala.

Solid idé: Ett mikrofotografi av en ny katalysator, gjord i huvudsak av kol, kväve och platina, som används för att omvandla metan till ett flytande bränsle (metanol).

Den nya katalysatorn är baserad på en av få katalysatorer som omvandlar metan direkt till metanol, vid låga temperaturer, utan att producera mycket koldioxid eller andra oönskade biprodukter. Den katalysatorn, utvecklad av Roy Periana , nu professor i kemi vid Scripps Research Institute, visade sig vara för dyrt att kommersialisera.

Den nya katalysatorn, beskriven i den tidiga onlineversionen av tidskriften tillämpad kemi , har löst ett av huvudproblemen med Perianas katalysator, säger Ferdi Schuth , chef för Max Planck Institute for Coal Research, som ledde arbetet. Eftersom Perianas katalysator är en vätska löst i svavelsyra är den svår att återvinna, ett allvarligt problem eftersom katalysatorn kräver den dyra metallen platina. Den nya katalysatorn är en fast substans, säger Schüth, och är därför mycket lättare att återvinna eftersom den kan avlägsnas från svavelsyran helt enkelt med filter.

Schüth säger att upptäckten av den fasta katalysatorn var serendipit. Hans kollegor hade utvecklat en polymer med en molekylstruktur som han insåg liknade Perianas katalysator. Han kunde införliva platina i den strukturen och visade att den resulterande fasta katalysatorn fungerade lika bra som den flytande versionen.

Metanbaserade bränslen kan vara betydligt renare än petroleumbränslen. Dessutom är tillgången på naturgas enorm, med stora tillgångar som nu nås med nya borrtekniker och storleksordningar som är mer potentiellt tillgängliga i form av metanhydrater på botten av havet. Men eftersom det är en gas är metan dyrare att transportera och mindre bekvämt att använda i fordon än flytande bränsle, och hittills har kemiska metoder för att omvandla det till en vätska varit dyra.

Även om den nya katalysatorn löser ett av problemen med Periana-katalysatorn, är det inte på något sätt det största problemet, säger Jay Labinger , fakultetsassistent i kemi vid Caltech. Periana säger faktiskt att utvecklingen av en solid version av hans katalysator inte kommer att räcka för att kommersialisera den. Han arbetar på nya katalysatorer som använder liknande mekanismer men billigare och effektivare material.

De två nyckelfrågorna är typiska problem för experimentella katalysatorer – de fungerar inte tillräckligt snabbt, vilket ökar storleken och kostnaderna för den utrustning som behövs, och de producerar inte tillräckligt höga koncentrationer av den önskade produkten, vilket gör det dyrt att separera produkten från andra kemikalier. Labinger uppskattar att hastigheterna för den nya tyska katalysatorn måste öka med en storleksordning, och Periana säger att koncentrationerna måste öka tre till fem gånger.

Periana föreslår dock att den tyska katalysatorn kan erbjuda nya riktningar för forskning, särskilt om mekanismerna som är involverade i att producera metanolen skiljer sig från hans flytande katalysator. Schüth säger faktiskt att en nyckelkomponent i Perianas katalysator, klor, inte är nödvändig med den nya formen, vilket tyder på att den skulle kunna fungera på olika sätt. Samtidigt utvecklar han också katalysatorer som använder olika material. En är lovande, säger han, och producerar metanol i hastigheter två gånger snabbare än Perianas flytande katalysator.

Dölj