来自斯坦福大学和比利时鲁汶大学的研究小组进一步完善了一种工艺,这可能标志着甲醇燃料经济性的重要一步。鉴于甲烷作为原料的丰富性,这一进步可能从根本上改变世界使用天然气的方式。
甲醇是最简单的酒精,用于制造油漆和塑料等各种产品,并作为汽油添加剂。甲醇富含氢气,可以为下一代燃料电池提供动力,从而产生显着的环境效益。
可以成为革命的转换
如果以甲烷为主要成分的天然气能够经济地转化为甲醇,这确实是一项伟大的成就。由此产生的液体燃料比天然气和纯氢更容易储存和运输。这也将显着减少天然气加工厂和管道的甲烷排放。
如今,甲烷这种温室气体的效力比二氧化碳强很多倍,几乎抵消了天然气相对于石油和煤炭的环境优势。 该团队在最新一期《科学》杂志上的新研究 是最新推广的一种利用甲烷生产甲醇的低能耗方法。
“这个过程使用了称为铁沸石的常见晶体,众所周知,这种晶体可以在室温下将天然气转化为甲醇,”他解释道 本杰明·斯奈德,他在斯坦福大学获得了博士学位,研究催化剂以解决这一挑战的关键方面。 “但这在实际水平上实现起来是一种极具挑战性的化学反应,因为甲烷具有顽固的化学惰性。”
当甲烷注入 沸石 多孔铁,甲醇在室温下快速生产,无需额外的热量或能量。 相比之下,由甲烷制甲醇的传统工业工艺 它需要 1000 °C (1832 °F) 的温度和极高的压力。
这是一个经济上有吸引力的过程,但它并不那么容易。 重大障碍阻止了这一过程进入工业水平。
爱德华·所罗门斯坦福大学 SLAC 国家加速器实验室化学和光子科学教授。所罗门是这项新研究的资深作者
保持沸石点燃以生产甲醇
现在阻碍在室温下获得甲醇的方法的质量扩散的问题恰恰在于铁沸石。 不幸的是,它们中的大多数很快就会关闭。 换句话说,该过程有效但只需要很少的时间。
因此,现在的下一个目标是提高这些硅酸盐的性能。 共同作者也开发了一项新研究 汉娜·罗达斯坦福大学无机化学博士生,使用先进的光谱学来探索最有前途的用于甲烷-甲醇生产的沸石的物理结构。
关键问题是如何在不破坏催化剂的情况下得到甲醇
汉娜·罗达斯坦福大学
团队分析与“笼子效应”
通过选择两种铁沸石,该团队研究了它们晶格的物理结构。 他们发现反应性因周围晶体结构中孔的大小而有很大差异。 该团队将其称为“笼子效应”,因为封装晶格看起来就像一个笼子。
如果笼中的孔太大,活性位点仅在一个反应循环后就会失活,并且再也不会重新激活。 然而,当孔开口较小时,它们会协调试剂之间精确的分子“舞蹈”,并延长该过程的持续时间。通过利用此功能,团队能够 反复重新激活 40% 的停用网站,迈向工业规模催化过程的重大概念进步。
催化循环有朝一日可能会导致从天然气中连续、经济地生产甲醇
本杰明·斯奈德斯坦福大学
甲醇燃料之路
还有很多工作要做,但有两件事需要说。 第一: 无论如何,这是基础科学向前迈出的重要一步。 因为它将有助于向化学家和化学工程师阐明铁沸石在室温下生产甲醇的过程。 第二: 如果没有先进的光谱学,这个发现是不可能的。 一项在许多领域取得研究进展的技术,很久以前我写信给你关于 一项研究 使人们即使在被迫无意识的状态下也能进行交流。