Исследователи из Иллинойского университета в Чикаго обнаружили способ превращения метана в природном газе в жидкий метанол при комнатной температуре.

Это открытие, о котором сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, потенциально может обеспечить более чистый источник энергии для многих наших повседневных дел.

При сжигании природного газа — топлива, используемого для обогрева домов, приготовления пищи и выработки электроэнергии — образуется двуокись углерода, мощный парниковый газ.

По данным Управления энергетической информации США, в 2019 году США потребили около 31 триллиона кубических футов природного газа, что привело к выбросу в атмосферу примерно 1,6 гигатонн углекислого газа.

Лучшим способом использования природного газа было бы преобразование его в метанол, жидкое топливо, которое горит более чисто и может использоваться для производства бензина и пластмасс. Но преобразование метана, содержащегося в природном газе, в метанол требует большого количества тепла и давления и генерирует значительное количество диоксида углерода.

«Исследователи интересовались способами превращения метана в метанол при температуре окружающей среды, чтобы избежать тепла и давления, которые в настоящее время требуются в промышленных процессах для выполнения этого преобразования», — сказал Минеш Сингх, доцент кафедры химической инженерии Инженерного колледжа UIC и автор-корреспондент статьи.

Метанол также считается «топливом будущего», стимулирующим «экономию метанола», когда он заменяет ископаемое топливо при транспортировке, хранении энергии и в качестве основного материала-прекурсора для синтетических химикатов и других продуктов. Метанол в настоящее время используется в технологии топливных элементов, которые используются в некоторых городских автобусах и других транспортных средствах. По словам Сингха, его более низкий потенциал выбросов и более высокая объемная плотность энергии делают его привлекательной альтернативой ископаемым видам топлива.

«Помимо того, что метан является более экологически чистым топливом, его также можно безопасно хранить в обычных контейнерах, в отличие от природного газа, который нужно хранить под давлением и который намного дороже», — сказал Сингх.

Для разрыва углеводородных связей в газообразном метане требуется большое количество тепла и давления, что является первым шагом в производстве метанола. Но Сингх и аспирант UIC Адитья Праджапати определили материал катализатора, который помогает снизить энергию, необходимую для разрыва этих связей, чтобы реакция могла протекать при комнатной температуре.

«Мы смогли снизить температуру производственного процесса с более чем 200 градусов по Цельсию до комнатной температуры, что составляет около 20 градусов по Цельсию», — сказал Праджапати.

Их катализатор состоит из титана и меди. Катализатор вместе с небольшим количеством электричества способствует разрыву углеводородных связей метана и образованию метанола. Этот процесс требует гораздо меньше энергии, чем традиционные методы, и, поскольку он не требует оборудования для производства высокого давления и тепла, его можно быстро и недорого наладить.

«Наш процесс не требует централизации», — сказал Сингх. «Его можно разместить в небольшом пространстве, размером с фургон, и он может быть портативным для распределенного использования природного газа и производства метанола».

Сингх и его коллеги подали предварительный патент на этот процесс и ожидают, что он сможет конвертировать несколько литров метанола в день. Патент находится в ведении Управления технологий МСЖД.