Słoneczny sposób na zamianę metanu w etan

Opublikowano: 25.11.2024 | Kategorie: Nauka i technika, Wiadomości z kraju

Liczba wyświetleń: 1643

Metan – główny składnik gazu ziemnego – to gaz, bez którego w gospodarce trudno się obejść, a jednocześnie sprawia mnóstwo problemów. Francuscy badacze opracowali katalizator, który – jedynie w obecności światła słonecznego – prowadzi do zmiany metanu w cenniejszy dla przemysłu gaz, czyli etan. Polskie badaczki pomogły zrozumieć szczegóły działania katalizatora.

„Pokazujemy, że przy użyciu odpowiednich katalizatorów i światła słonecznego możemy aktywować cząsteczki, które słabo reagują z innymi, w tym przypadku chodzi o metan” – tłumaczy w rozmowie z PAP współautorka publikacji dr hab. Rutkowska Żbik, prof. Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN. Publikacja kierowana przez badaczy z francuskiego Uniwersytetu w Lille ukazała się w „Applied Catalysis B: Environment and Energy”. W badaniach brała udział również dr hab. Renata Tokarz-Sobieraj, prof. IKiFP PAN.

Metan – CH4 – to bardzo prosty węglowodór – najkrótszy z alkanów. Jest gazem łatwopalnym, wybuchowym i trującym. Stanowi 80 proc. gazu ziemnego i ludzie nauczyli się robić z niego pożytek. To głównie ten związek pali się niebieskim ogniem w kuchenkach gazowych. To nim napełnia się zbiorniki na gaz w samochodach lub ogrzewa domy. Metan produkowany jest w przewodzie pokarmowym zwierząt przy okazji trawienia roślin. Uwalnia się także z torfowisk czy w biogazowniach przy fermentacji odpadów organicznych.

Przy okazji warto zapamiętać: metan nie ma zapachu. Nieprzyjemny zapach gazów trawiennych czy fermentacji to zapach innych związków powstających w środowisku beztlenowym, choćby siarkowodoru. A z kolei zapach, który kojarzy nam się z gazem ziemnym to zapach dodawany sztucznie do gazu po to, aby każdy z nas miał przy sobie czujnik – nos, który wykryje ulatnianie się metanu, tego trującego i wybuchowego gazu.

Metan jest – zaraz po dwutlenku węgla – najważniejszym gazem cieplarnianym. Jedna cząsteczka tego węglowodoru 70-krotnie bardziej przyczynia się do efektu cieplarnianego niż cząsteczka CO2. To o tyle problem, że naturalne zbiorniki metanu – klatraty – uwięzione w wiecznej zmarzlinie w miarę ocieplenia klimatu zaczynają rozmarzać i metan coraz intensywniej uwalniany będzie do środowiska.

Metan jest składnikiem złóż nie tylko gazu ziemnego, ale i złóż węgla kamiennego czy ropy naftowej. A przez to jest nieprzyjacielem górników – może doprowadzić do wybuchu pod ziemią, ale i zatrucia pracowników. Przed groźnym stężeniem metanu (ale również CO2 i czadu) ostrzegały górników kanarki, które jako pierwsze padały przy wysokich stężeniach gazu.

Teraz, jeśli metan dostępny jest w cenniejszych złożach, np. ropy naftowej czy węgla, zdarza się, że jest od razu wypalany na miejscu w charakterystycznych pochodniach gazowych (które nie są używane jako źródło energii ani ciepła), aby nie powodował zagrożenia dla człowieka i środowiska. Ten zasób naturalny jest więc marnowany, bo jest tak tani, że nie opłaca się go wyłapywać i transportować.

Widać więc, że jest sporo miejsc, gdzie metan jest nieproszonym gościem i nie ma pomysłu, jak go zagospodarować. Dlatego świętym Graalem chemii organicznej jest opracowanie sposobu, by metan na miejscu – tam gdzie się uwalnia – przerabiać na inne cenniejsze związki.

Problemem jest to, że metan jest stabilnym związkiem. Jego składniki – 4 atomy wodoru i 1 atom węgla, tworzą stateczny czworobok. Trzeba do niego dodać dużo energii, żeby czworobok rozczepić i wmontować do niego kolejne elementy. “Aktywacja mniejszych cząsteczek – nie tylko metanu, ale choćby dwutlenku węgla czy tlenku azotu – jest dużym wyzwaniem, z jakim boryka się dzisiaj kataliza. Prace nad takimi rozwiązaniami są jednak rozwijane, a aktywność związków już jest obiecująca” – ocenia w rozmowie z PAP chemiczka.

Jeśli jakaś reakcja nie chce zajść sama, można jej pomóc – znaleźć katalizator, który przy niewielkim nakładzie energii umożliwi przekształcanie metanu w cenniejsze związki. Jednym z bardziej oczywistych przemian jest przemiana metanu w etan – drugi z kolei w szeregu alkanów (C2H6). Ten związek jest bardziej reaktywny i pożądany jest jako składnik wielu reakcji chemicznych w przemyśle.

Dlatego badacze z francuskiego Lille opracowali katalizator, który pozwala na reakcję selektywnego sprzęgania metanu do etanu. Do reakcji tej nie są potrzebne wysokie temperatury, a wystarczy energia słoneczna.

Fotokatalizatory oparte są na układach srebra lub palladu, heteropolikwasu (HPA) oraz tlenku tytanu (Ag-HPA-TiO2 oraz Pd-HPA-TiO2). Polskie badaczki w ramach publikacji badały, w jaki sposób przebiega reakcja chemiczna w obecności takiego katalizatora.

Prof. Rutkowska-Żbik tłumaczy, że katalizator jest potrzebny, żeby z pary wodnej obecnej w ramach reakcji tworzyć rodniki „.OH” , które z kolei – w fazie gazowej – aktywują metan. A dalsza część reakcji zachodzi na powierzchni katalizatora, gdzie przy udziale energii światła słonecznego następuje sprzężenie dwóch cząsteczek metanu w etan i uwolnienie nadmiarowego wodoru.

Docelowo reakcja mogłaby zachodzić w podłużnych reaktorach – rurach, którymi transportowany byłby metan – opisuje prof. Dorota Rutkowska-Żbik. Rury byłyby albo przezroczyste, by zagwarantować dostęp słońca do reakcji (albo oświetlane światłem sztucznym), a od dołu pokryte katalizatorem. Gaz pozyskiwany spod ziemi przepływałby przez rurę, a na jej wylocie można by było pozyskiwać etan.

Badaczka przyznaje, że na razie reakcja nie zachodzi tak efektywnie, jak w reakcjach, w których metan jest podgrzewany, ale to dopiero początek prac.

Autorstwo: Ludwika Tomala (PAP)
Źródło: NaukawPolsce.pl

image_pdfimage_print
+11

TAGI: , ,

Poznaj plan rządu!

OD ADMINISTRATORA PORTALU

Hej! Cieszę się, że odwiedziłeś naszą stronę! Naprawdę! Jeśli zależy Ci na dalszym rozpowszechnianiu niezależnych informacji, ujawnianiu tego co przemilczane, niewygodne lub ukrywane, możesz dołożyć swoją cegiełkę i wesprzeć "Wolne Media" finansowo. Darowizna jest też pewną formą „pozytywnej energii” – podziękowaniem za wiedzę, którą tutaj zdobywasz. Media obywatelskie, jak nasz portal, nie mają dochodów z prenumerat ani nie są sponsorowane przez bogate korporacje by realizowały ich ukryte cele. Musimy radzić sobie sami. Jak możesz pomóc? Dowiesz się TUTAJ. Z góry dziękuję za wsparcie i nieobojętność!

Poglądy wyrażane przez autorów i komentujących użytkowników są ich prywatnymi poglądami i nie muszą odzwierciedlać poglądów administracji "Wolnych Mediów". Jeżeli materiał narusza Twoje prawa autorskie, przeczytaj informacje dostępne tutaj, a następnie (jeśli wciąż tak uważasz) skontaktuj się z nami! Jeśli artykuł lub komentarz łamie prawo lub regulamin, powiadom nas o tym formularzem kontaktowym.

Zobacz również

3 komentarze

  1. emigrant001 25.11.2024 18:30

    przemiana metanu w etan jest bardzo prosta. Wystarczy zniknąć m:)

  2. Katarzyna TG 25.11.2024 20:15

    Czyli jak dobrze pomyśleć pierdzące krowy jednak nie są problemem a ci którzy twierdzą inaczej pożar pod kopułką pomylili z pożarem Ziemi:)

  3. Baba Jaga 25.11.2024 20:28

    Metan nie jest trujący ani toksyczny. Po co ta dezinformacja w artykule? Poza gazami zawierającymi tlen wszystkie są duszące. Tylko nieliczne (jak siarkowodór czy fosforowodór) są trujące.

Dodaj komentarz

Zaloguj się aby dodać komentarz.
Jeśli już się logowałeś - odśwież stronę.