211service.com
Ren diesel från kol
När oljekostnaderna stiger och oron över USA:s beroende av utländsk petroleum eskalerar, blir kol ett alltmer attraktivt alternativ som råvara för att tillverka en rad bränslen. Nu har kemister uppfunnit en ny katalytisk process som kan öka utbytet av en ren form av diesel gjord av kol.
Metoden, beskriven i det aktuella numret av tidskriften Vetenskap , använder ett par katalysatorer för att förbättra utbytet av dieselbränsle från syntesen av Fischer-Tropsch (F-T), en nästan sekelgammal kemisk teknik för att reagera kolmonoxid och väte för att göra kolväten. Blandningen av gaser framställs genom uppvärmning av kol. Även om Tyskland använde processen under andra världskriget för att omvandla kol till bränsle för sina militärfordon, har F-T-syntes i allmänhet varit för dyrt för att konkurrera med olja.
En del av problemet med F-T-processen är att den producerar en blandning av kolväten – av vilka många inte är användbara som bränsle. Men i den senaste forskningen, Alan Goldman , professor i kemi och kemisk biologi vid Rutgers University, och Maurice Brookhart , professor i kemi vid University of North Carolina i Chapel Hill, använder katalysatorer för att omvandla dessa oönskade kolväten till diesel. Katalysatorerna fungerar genom att omarrangera kolatomerna, omvandla kolväten med sex kolatomer, till exempel, till två- och tiokolatomers kolväten. Tiokolsversionen kan driva dieselmotorer. Den första katalysatorn tar bort väteatomer, vilket gör att den andra katalysatorn kan ordna om kolatomerna. Sedan återställer den första katalysatorn vätet för att bilda bränsle.
Diesel som produceras på detta sätt har flera potentiella fördelar. Vanlig diesel innehåller molekyler, kallade aromater, som vid förbränning producerar partiklar, säger Goldman. Men dieseln som bildas av de nya katalysatorerna innehåller inte aromater, så den brinner mycket renare och övervinner en av de stora invändningarna mot dieselbränsle. Detta kan leda till att fler fordon använder dieselmotorer, som är cirka 30 procent effektivare än bensinmotorer.
Men den största fördelen kan vara att USA har enorma mängder kol: Vi har lika mycket energi i kol som resten av världen har i olja. Det räcker för att hålla oss de närmaste hundra åren eller så, säger Goldman. En effektivare och sålunda billigare metod för att omvandla kol till diesel skulle således kunna minska USA:s beroende av utländsk olja avsevärt, och göra det under lång tid.
När jag såg det här tyckte jag att det verkligen var ett fantastiskt bidrag som kunde vara väldigt viktigt, säger Richard Schrock , professor i kemi vid MIT, som vann Nobelpriset i kemi 2005, tillsammans med två andra forskare, för att ha upptäckt vilken typ av katalysator som användes i det andra steget. Att kombinera två katalysatorer på detta sätt är ganska ovanligt, säger han. Du kan inte bara kombinera två saker och förvänta dig att få de resultat du förväntade dig.
Enligt Robert Grubbs , professor i kemi vid Caltech, som delade Nobelpriset med Schrock, Nyckeln är att hitta katalysatorsystem som är kompatibla och kommer att fungera vid de temperaturer där du kan göra båda processerna tillsammans.
För närvarande är den nya katalytiska metoden fortfarande ett proof-of-concept och inte redo för kommersiell användning. Till exempel tenderar den andra katalysatorn att brytas ned. Men Schrock säger att detta problem borde vara lösbart: Det är teoretiskt möjligt att detta kan bli praktiskt. Jag mejlade Alan Goldman och sa: 'Titta, vi har många katalysatorer, och jag kan komma på några saker som kan vara termiskt stabilare.' Så jag ska skicka några katalysatorer till honom, och han går att prova dem.
Det kan också vara möjligt att tillverka katalysatorer som använder produkter från den första reaktionen för att regenerera sig själva. Då skulle katalysatorn inte dö, och du kunde faktiskt hålla reaktionen igång, säger Schrock.
Hope-sidabild med tillstånd av Joseph Blumberg. Bildtext: Postdoktor Ritu Ahuja demonstrerar katalysatormaterialet för doktoranden Elizabeth Pelczar och professor Alan Goldman.