حدث التحويل عند درجة حرارة الغرفة وضغطها ، مما قد يسمح باستخدام الميثان ، وهو أحد غازات الدفيئة القوية ، لإنتاج الوقود.
الطريقة الجديدة تحول غاز الميثان إلى ميثانول سائل .
نجح فريق من الباحثين في تحويل الميثان إلى ميثانول باستخدام معادن انتقالية خفيفة ومتفرقة مثل النحاس في عملية تعرف باسم الأكسدة الضوئية . كان التفاعل هو الأفضل حتى الآن لتحويل غاز الميثان إلى وقود سائل عند درجة الحرارة والضغط المحيطين (25 درجة مئوية و 1 بار ، على التوالي) ، وفقًا لدراسة نُشرت في مجلة Chemical Communications .
يأتي مصطلح بار كوحدة ضغط من الكلمة اليونانية التي تعني الوزن (باروس) . شريط واحد يساوي 100000 باسكال (100 كيلو باسكال) ، بالقرب من الضغط الجوي القياسي عند مستوى سطح البحر (101.325 باسكال) .
تعتبر نتائج الدراسة خطوة حاسمة نحو إتاحة الوصول إلى الغاز الطبيعي كمصدر للطاقة لإنتاج أنواع الوقود البديلة للبنزين والديزل . على الرغم من حقيقة أن الغاز الطبيعي هو وقود أحفوري ، فإن تحويله إلى ميثانول ينتج عنه كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون (CO2) مقارنة بأنواع الوقود السائل الأخرى في نفس الفئة .
.jpg)
تم التحويل في ظل ظروف الضغط ودرجة الحرارة المحيطة ، والتي يمكن أن تتيح استخدام الميثان ، وهو أحد غازات الدفيئة القوية ، في إنتاج الوقود.
يعتبر الميثانول أمرًا حيويًا في إنتاج الديزل الحيوي والصناعة الكيميائية في البرازيل ، حيث يتم استخدامه في تصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات .
علاوة على ذلك ، يُعَدُّ جمعُ الميثان من الغلاف الجوي أمرًا بالغ الأهمية للتخفيف من الآثار السلبية لتغير المناخ نظرًا لأن الغاز لديه قدرة 25 ضعفًا على المساهمة في الاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون ، على سبيل المثال .
"هناك جدل كبير في المجتمع العلمي حول حجم احتياطيات الميثان على كوكب الأرض . وفقًا لبعض التقديرات ، قد يكون لديهم ضعف إمكانات الطاقة لجميع أنواع الوقود الأحفوري الأخرى مجتمعة . قال ماركوس دا سيلفا ، المؤلف الأول للمقال ، لوكالة Agência FAPESP ، خلال الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة ، سيتعين علينا الاستفادة من كل هذا الميثان في مرحلة ما . سيلفا حاصل على دكتوراه . مرشح في قسم الفيزياء بالجامعة الفيدرالية في ساو كارلوس (UFSCar) .
وفقًا لإيفو فريتاس تيكسيرا ، الأستاذ في UFSCar ، مستشار أطروحة سيلفا والمؤلف الأخير للمقال ، كان المحفز الضوئي المستخدم في الدراسة ابتكارًا رئيسيًا . قال "مجموعتنا ابتكرت بشكل كبير من خلال أكسدة الميثان في مرحلة واحدة". "في الصناعة الكيميائية ، يحدث هذا التحويل عن طريق إنتاج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون على مرحلتين على الأقل وتحت ظروف ضغط ودرجة حرارة عالية جدًا . يعد نجاحنا في الحصول على الميثانول في ظل ظروف معتدلة ، مع إنفاق طاقة أقل ، خطوة كبيرة إلى الأمام " .
وفقًا لـ Teixeira ، تمهد النتائجُ الطريقَ للبحث المستقبلي في استخدام الطاقة الشمسية لعملية التحويل هذه ، مما قد يقلل من تأثيرها البيئي بشكل أكبر.
المحفزات الضوئية
في المختبر ، صنع العلماء نيتريد الكربون البلوري في شكل إيميد متعدد الهيبتازين (PHI) ، باستخدام معادن انتقالية غير نبيلة أو وفيرة في الأرض ، وخاصة النحاس ، لإنتاج محفزات ضوئية نشطة للضوء المرئي ، ثم استخدموا المحفزات الضوئية في تفاعلات أكسدة الميثان مع بيروكسيد الهيدروجين كبادئ . أنتج محفز النحاس PHI حجمًا كبيرًا من المنتجات السائلة المؤكسجة ، وخاصة الميثانول (2900 ميكرومول لكل جرام من المادة ، أو µmol.G-1 في أربع ساعات) .
قال تيكسيرا: "اكتشفنا أفضل محفز وظروف أخرى ضرورية للتفاعل الكيميائي ، مثل استخدام كمية كبيرة من الماء وكمية صغيرة فقط من بيروكسيد الهيدروجين ، وهو عامل مؤكسد". تشمل الخطوات التالية فهم المزيد عن مواقع النحاس النشطة في المادة ودورها في التفاعل . نخطط أيضًا لاستخدام الأكسجين مباشرةً لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين في التفاعل نفسه . إذا نجحت ، فمن المفترض أن يجعل هذا العمليةَ أكثر أمانًا وقابلة للتطبيق اقتصاديًا ".
نقطة أخرى ستستمر المجموعة في التحقيق فيها تتعلق بالنحاس . "نحن نعمل مع نحاس مشتت. عندما كتبنا المقال ، لم نكن نعرف ما إذا كنا نتعامل مع ذرات أو عناقيد معزولة . نحن نعلم الآن أنها مجموعات "، أوضح .
في الدراسة ، استخدم العلماء الميثان النقي ، لكن في المستقبل ، سوف يستخرجون الغاز من مصادر الطاقة المتجددة مثل الكتلة الحيوية .
وفقًا للأمم المتحدة ، تسبب الميثان حتى الآن في حوالي 30٪ من الاحتباس الحراري منذ عصر ما قبل الصناعة . يمكن خفض انبعاثات الميثان من النشاط البشري بنسبة تصل إلى 45٪ في العقد المقبل ، وتجنب ارتفاع بنحو 0.3 درجة مئوية بحلول عام 2045 .
تعتبر إستراتيجية تحويل الميثان إلى وقود سائل باستخدام محفز ضوئي جديدة وغير متوفرة تجاريًا ، ولكن إمكاناتها على المدى القريب كبيرة . “لقد بدأنا بحثنا منذ أكثر من أربع سنوات . قال تيكسيرا : "لدينا الآن نتائج أفضل بكثير من نتائج البروفيسور هاتشينجز ومجموعته في عام 2017 ، والتي حفزت أبحاثنا الخاصة" ، في إشارة إلى دراسة نُشرت في مجلة Science من قبل باحثين منتسبين إلى جامعات في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة ، ويقودها جراهام هاتشينغز ، الأستاذ في جامعة كارديف في ويلز.
المصدر