VIDEO: Munja u boci za čisto gorivo

Kemičari s američkog Sveučilišta Northwestern otkrili su novi način pretvaranja prirodnog plina u tekuće gorivo koji nazivaju "munjom u boci".

Iskorištavanjem sitnih bljeskova plazme ili mini "munja" u staklenim cijevima uronjenim u vodu, tim je uspješno pretvorio metan izravno u metanol u jednom koraku. Metanol je svestrana, tražena industrijska kemikalija koja se koristi za izradu mnogih proizvoda koje ljudi svakodnevno koriste. Također se često koristi kao industrijsko otapalo i privlači sve veću pozornost kao čišćegorivo za brodove i industriju.

Metoda zaobilazi ekstremnu toplinu i visoke tlakove potrebne za trenutne industrijske procese, koji razgrađuju metan i obnavljaju ga u metanol u višestupanjskom procesu. Iako je trenutna metoda pouzdana, energetski je intenzivna i emitira milijune tona ugljičnog dioksida godišnje diljem svijeta.

Koristeći samo struju, vodu i katalizator bakrenog oksida, novi proces mogao bi ponuditi čišći, elektrificirani put do proizvodnje jednog od najčešće korištenih kemijskih gradivnih blokova na svijetu, kao što možete vidjeti u studiji objavljenoj u časopisu Journal of the American Chemical Society.

Iako istraživači već dugo traže energetski učinkovitije rješenje u jednom koraku, mučili su se prevladati dva izazova. Metan je neobično stabilan i teško se razgrađuje, što zahtijeva ekstremne reakcijske uvjete. Nakon što se metanol stvori, on nastavlja reagirati, brzo se razgrađujući u ugljikov dioksid. Dakle, izazov nije samo započeti reakciju, već je zaustaviti u točno pravom trenutku.

Kako bi prevladali te probleme, istraživači su se okrenuli plazmi, visoko energiziranom stanju materije ispunjenom brzim, "vrućim" elektronima. Većina ljudi možda je upoznata s plazmom kao vrstom materije koja čini sunce ili munje. To su primjeri vrućih plazmi. Swearerova grupa prvenstveno radi s hladnim plazmama, u kojima je temperatura molekula plina bliža sobnoj temperaturi, ali se elektroni selektivno zagrijavaju na temperature koje mogu premašiti desetke tisuća stupnjeva. 

Za novi jednostupanjski proces, istraživači su izgradili plazmatski "reaktor s mjehurićima", koji je u biti porozna staklena cijev obložena katalizatorom od bakrenog oksida. Zatim je tim propuštao metan kroz cijev primjenjujući električne impulse. Električna energija transformirala je metan u plazmu, cijepajući metan i vodu na visoko reaktivne fragmente.

Ti su se fragmenti zatim rekombinirali i formirali metanol, koji se odmah otapa u okolnoj vodi. To brzo "gašenje" zaustavilo je kemijsku reakciju u pravom trenutku, sprječavajući razgradnju metana u ugljikov dioksid.

Kako bi dodatno poboljšao proces, tim je razrijedio metan argonom, koji je obično inertni plemeniti plin. No, nakon ionizacije argona u plazmi, kemičari su otkrili da on postaje aktivni i reaktivni sudionik u kemijskom procesu, povećavajući gustoću elektrona unutar plazme i smanjujući neželjene nusprodukte, kao što možete vidjeti u ovom videu.

U optimiziranim uvjetima s prisustvom argona, sustav je pokazao 96,8% selektivnosti metanola u tekućoj smjesi. Drugim riječima, od svih tekućih produkata nastalih u procesu, uglavnom je bio metanol. I od svih nastalih produkata, i plina i tekućine, oko 57% završilo je kao metanol.

Ako se skalira, sustav pokretan plazmom mogao bi omogućiti rad manjih, distribuiranih postrojenja koja koriste električnu energiju za pretvaranje metana u tekuća goriva.