Przekształcanie gazów cieplarnianych w wartościowe płynne substancje chemiczne
Obecnie większość ludzi doskonale zdaje sobie sprawę z tego, że CO2 powoduje zmiany klimatu. Wiele osób nie zdaje sobie jednak sprawy z istnienia innej postaci gazu cieplarnianego o jeszcze większym oddziaływaniu: gazu ziemnego, czyli CH4. „Wraz ze wzrostem produkcji gazu ziemnego jednocześnie rośnie potrzeba zajęcia się kwestią emisji CO2 i CH4”, mówi Bert Weckhuysen, profesor na Uniwersytecie Utrechckim w Holandii. Naglący charakter kryzysu klimatycznego i wzrost produkcji gazu ziemnego sprawiają, że potrzeba opracowania efektywnego sposobu przekształcania metanu w paliwa płynne i inne użyteczne substancje chemiczne jest jeszcze pilniejsza. Finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt ZeoMemRx (Greenhouse gases to valuable liquid chemicals: High-flux zeolite membrane-based reactor for the efficient conversion of CH4 and CO2) wychodzi naprzeciw tej potrzebie. „Przekształcanie CH4 i CO2 to wzajemnie powiązane cele”, wyjaśnia Weckhuysen, główny badacz projektu. „Obiecującą strategią umożliwiającą osiągnięcie tej podwójnej konwersji jest przekształcanie tych dwóch gazów w łatwe do transportowania, płynne substancje chemiczne”. To podejście jest szczególnie atrakcyjne, ponieważ taka konwersja zmniejsza ilość emisji do atmosfery. Ponadto w jej ramach powstają także użyteczne substancje chemiczne, które mogą być wykorzystywane jako paliwa lub jako prekursory w wielu procesach przemysłowych. „Niestety, łatwiej jest to powiedzieć, niż zrobić”, mówi Weckhuysen.
Wyzwania związane z konwersją
Jak mówi Weckhuysen, z obecnymi podejściami do konwersji, separacji i wykorzystania CH4 i CO2 wiąże się kilka głównych problemów. Przekształcanie CO2 w bardziej wartościowe substancje chemiczne wymaga na przykład niezawodnego źródła wodoru. Poza tym duża stabilność termodynamiczna CO2 sprawia, że bardzo trudno jest go przekształcić w inne substancje chemiczne. Do tego dochodzi jeszcze kwestia szybkiej dezaktywacji CH4, nie wspominając o tym, że gaz ten często występuje tylko w studniach zlokalizowanych w bardzo odległych miejscach, co sprawia, że obecne technologie przekształcania gazu w ciecz, takie jak konwersja na gaz syntezowy, a następnie uszlachetnianie w procesie syntezy Fischera-Tropscha (FTS), są nieopłacalne. Wyzwania te wymagają innowacyjnych podejść do projektowania bardziej wydajnych i ekonomicznych procesów przekształcania CH4 i CO2 w wysokowartościowe substancje chemiczne. Właśnie tego próbuje dokonać zespół projektu ZeoMemRx. „Proponujemy zastosowanie wysokostrumieniowego reaktora z membraną zeolitową zdolnego do efektywnego przekształcania mieszaniny CH4 i CO2 w węglowodory i związki aromatyczne, w tym benzen, chemiczną substancję pomostową o wielu zastosowaniach”, opowiada Weckhuysen. Kluczowym elementem planowanego systemu jest membrana zeolitowa o wysokim stopniu uporządkowania i zmiennym składzie stworzona na porowatym podłożu. Zapewni to systemowi możliwość przesunięcia równowagi reakcji i skrócenia czasu kontaktu, co skutkuje wysoką wydajnością katalityczną.
Właściwi ludzie, właściwe umiejętności i właściwe cele
Chociaż prace wciąż trwają, naukowcom udało się przygotować zeolit o wysokim stopniu uporządkowania i powiązane materiały katalityczne potrzebne do aktywacji CO2 i CH4. Opracowali oni również pierwszy prototypowy system reaktora membranowego do inicjowania reakcji, który jest obecnie poddawany dalszej ocenie. „Wszystkie działania, od transferu wiedzy po budowę nowego systemu reaktora i tworzenie nowych materiałów, są wynikiem pracy zespołowej i współpracy, które zdefiniowały ten projekt”, podsumowuje Weckhuysen. „Można mieć świetny pomysł, ale bez właściwych ludzi, właściwych umiejętności i właściwych celów pozostanie on tylko pomysłem”.
Słowa kluczowe
ZeoMemRx, zmiana klimatu, gazy cieplarniane, gaz ziemny, płynne substancje chemiczne
