Νέα διαδικασία δέσμευσης μεθανίου θα μπορούσε να εξαλείψει τις σχετικές εκπομπές άνθρακα

Νέα διαδικασία δέσμευσης μεθανίου θα μπορούσε να εξαλείψει τις σχετικές εκπομπές άνθρακα

Η παγκόσμια βιομηχανία πετρελαίου, κατά τη διαδικασία εξόρυξής του, καίει άσκοπα περίπου όσο φυσικό αέριο χρησιμοποιείται σε όλη την Κεντρική και Νότια Αμερική. Ωστόσο, ένας νέος παράγοντας δέσμευσης μεθανίου προσφέρει έναν πιθανό τρόπο ώστε αυτό το αέριο θερμοκηπίου να μετατραπεί με οικονομικό τρόπο σε υγρό καύσιμο.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Το μεθάνιο, αν κα σχετικά βραχύβιο, είναι ένα πολύ ισχυρό αέριο θερμοκηπίου. Σε διάστημα 20 ετών, οι εκπομπές μεθανίου εκτιμάται ότι έχουν δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη 84 έως 87 φορές μεγαλύτερο από αυτό του διοξειδίου του άνθρακα. Οι παγκόσμιες ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις μεθανίου ήταν σχετικά σταθερές τα τελευταία εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, αλλά αυξήθηκαν ραγδαία από τη δεκαετία του 1750 οπότε και άρχισε η βιομηχανική επανάσταση.

Το μεθάνιο βρίσκεται σχεδόν παντού. Όπως αναφέρει ο Adam Voiland από το Earth Observatory της NASA, «Μπορείτε να βρείτε το άοσμο, διαφανές αέριο μίλια κάτω από την επιφάνεια της Γης και μίλια πάνω από αυτήν. Το μεθάνιο αναβλύζει από βάλτους και ποτάμια, από ηφαίστεια, αναδύεται από πυρκαγιές και διαρρέει από τα έντερα των αγελάδων και των τερμιτών (όπου προκύπτει από μικροβιακές διεργασίες). Ανθρώπινοι οικισμοί πλημμυρίζουν από το αέριο. Το μεθάνιο διαρρέει σιωπηλά από πηγάδια και αγωγούς φυσικού αερίου και πετρελαίου, καθώς και ορυχεία. Παράγεται επίσης σε χωματερές, μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και ορυζώνες».

Η παραγωγή πετρελαίου είναι, επί του παρόντος, υπεύθυνη, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), για περίπου το 40% των εκπομπών μεθανίου στις βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου. Το μεθάνιο που διαφεύγει κατά την εξόρυξη πετρελαίου από τις γεωτρήσεις, δεν ενδιαφέρει τις εταιρείες πετρελαίου. Η διοχέτευσή του σε υποδομές φυσικού αερίου δεν είναι οικονομικά εφικτή. Είναι επικίνδυνο και δύσκολο στην αποθήκευση, και ενώ μπορεί να μετατραπεί καταλυτικά σε πολύ πιο εύκολα χρησιμοποιήσιμα υγρά καύσιμα όπως η μεθανόλη, η διαδικασία είναι πολύ δαπανηρή.

Έτσι, κατά τη διαδικασία της εξόρυξης πετρελαίου, το μεθάνιο καίγεται στην ατμόσφαιρα. Αυτή η διαδικασία βραχυπρόθεσμα είναι πιθανώς περιβαλλοντικά καλύτερη από το να το αφεθεί να διαχυθεί στην ατμόσφαιρα, αλλά έχει ως αποτέλεσμα περίπου 265 εκατομμύρια τόνους εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ενώ δεν προσφέρει κάτι χρήσιμο.

Όσο υπάρχουν πετρελαιοπηγές, αυτή η περίσσεια μεθανίου θα πρέπει να αντιμετωπιστεί, και οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) λένε ότι έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη όσον αφορά στη δέσμευση μεθανίου που ανοίγει την πόρτα σε μία πολύ πιο αποδοτική, αποτελεσματική και οικονομικά εφικτή διαδικασία μετασχηματισμού του μεθανίου. Τα αποτελέσματα της σχετικής μελέτης δημοσιεύτηκαν στο Nature Chemistry.

Σε επίπεδο έρευνας, το πρόβλημα μέχρι τώρα, ήταν η διατήρηση μορίων μεθανίου σε ακινησία με σκοπό τη μελέτη τους. Σύμφωνα με το UNSW, οι ερευνητές κατάφεραν να δεσμεύσουν το μεθάνιο σε μια μοριακή «μέγγενη» χρησιμοποιώντας σύμπλοκα μετάλλου-μεθανίου, αλλά μόνο για λίγα μικροδευτερόλεπτα. Αυτό το χρονικό διάστημα απέχει σημαντικά από τα λίγα λεπτά που χρειάζονται για να αναλυθούν σωστά αυτά τα είδη μορίων σε μια συσκευή φασματοσκοπίας μαγνητικού συντονισμού.

Η ομάδα του UNSW χρησιμοποίησε υπολογιστική μοντελοποίηση στην προσπάθειά της να προβλέψει εάν άλλα μέταλλα ενδέχεται να δεσμεύουν το μεθάνιο για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και τα αποτελέσματα έδειξαν το όσμιο, το στοιχείο με την υψηλότερη πυκνότητα στη φύση. Η ομάδα προχώρησε σε πειράματα και τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά.

«Διαπιστώσαμε ότι το μεθάνιο, το οποίο είναι γενικά αδρανές, θα αλληλεπιδράσει με μία ένωση με επίκεντρο το όσμιο για να σχηματίσει ένα σχετικά σταθερό σύμπλοκο οσμίου-μεθανίου», λέει ο James Watson, επικεφαλής συγγραφέας μιας νέας μελέτης. «Το σύμπλοκό μας έχει χρόνο ημιζωής περίπου 13 ωρών».

Ένα νέο σύμπλοκο με βάση το όσμιο έχει βρεθεί ότι δεσμεύει το μεθάνιο εξαιρετικά αποτελεσματικά, με χρόνο ημιζωής περίπου 13 ώρες σε αντίθεση με τα μικροδευτερόλεπτα που ήταν προηγουμένως δυνατά

«Αυτό σημαίνει ότι χρειάζονται 13 ώρες για να αποσυντεθεί η μισή ποσότητα του συμπλόκου», συνεχίζει. «Αυτή η σταθερότητα, σε συνδυασμό με τη σχετικά μεγάλη διάρκεια ζωής αυτού του συμπλόκου,, επιτρέπει την σε βάθος ανάλυση της δομής, του σχηματισμού και της αντιδραστικότητας αυτής της κατηγορίας συμπλόκων που βασίζονται στο όσμιο και βοηθά στο σχεδιασμό καταλυτών που έχουν τη δυνατότητα να μετασχηματίσουν το μεθάνιο σε πιο χρήσιμες ενώσεις».

Το όσμιο είναι ένα από τα πιο σπάνια στοιχεία της Γης, αλλά το γεγονός αυτό μάλλον δε θα αποτελέσει κρίσιμο παράγοντα. Αυτό που είναι σημαντικό είναι ότι, για πρώτη φορά, τα σύμπλοκα οσμίου επιτρέπουν την εις βάθος μοριακή ανάλυση που θα οδηγήσει σε νέες καταλυτικές διαδικασίες με τη χρήση πολύ φθηνότερων και διαθέσιμων στοιχείων που θα μπορούσαν να μετατρέψουν γρήγορα και οικονομικά το μεθάνιο σε υγρά καύσιμα.

«Ένας τρόπος μετατροπής του μεθανίου σε υγρά καύσιμα είναι μέσω της χρήσης καταλυτών που περιέχουν μεταλλικά στοιχεία μετάπτωσης», εξηγεί ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, ο αναπληρωτής καθηγητής Graham Ball. «Τα υγρά καύσιμα όχι μόνο είναι πολύ πιο βολικά και πολύ πιο ασφαλή σε σχέση με την αποθήκευση αερίων, αλλά διακρίνονται και από πολύ χαμηλότερο ενεργειακό κόστος».

Συνεχίζει σημειώνοντας ότι «Τα υγρά καύσιμα μεταφέρονται ευκολότερα και θα ενσωματώνονταν εύκολα στην υπάρχουσα υποδομή διαχείρισης καυσίμων. Η βενζίνη E10 περιέχει ήδη 10% αιθανόλη. Εάν υπήρχαν αποτελεσματικές, εμπορικά βιώσιμες μέθοδοι για τη μετατροπή του μεθανίου σε μεθανόλη, για παράδειγμα, αυτό θα παρείχε επίσης ένα κίνητρο για τη διατήρηση του μεθανίου για μετατροπή και για την αποφυγή της άσκοπης καύσης του, μειώνοντας τη συνολική χρήση ορυκτών καυσίμων και τις βλαβερές εκπομπές. Ελπίζουμε ότι η ανακάλυψή μας θα συμβάλει στο σχεδιασμό επόμενης γενιάς, πιο αποτελεσματικών καταλυτών που μπορούν να είναι εμπορικά βιώσιμοι».

Επί του παρόντος, κανένα υγρό καύσιμο υδρογονάνθρακα, συμπεριλαμβανομένης της μεθανόλης, δεν μπορεί να θεωρηθεί φιλικό προς το περιβάλλον, καθώς η καύση του θα έχει ως αποτέλεσμα εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Αλλά αν πρόκειται να καεί, όπως ο τεράστιος όγκος μεθανίου που αναφλέγεται αυτή τη στιγμή κατά την εξόρυξη πετρελαίου, η μετατροπή του σε χρήσιμα προϊόντα, μπορεί να ισοσταθμίσει τις προκύπτουσες εκπομπές άνθρακα. Είναι ένα μεταβατικό βήμα στον αγώνα της ανθρωπότητας να περιορίσει τις εκπομπές άνθρακα, αλλά έχει τη δυνατότητα να έχει τεράστιο αντίκτυπο εάν η περαιτέρω έρευνα αποδειχθεί τόσο θετική όσο περιμένει η ομάδα μελέτης.

Πηγή: NewAtlas.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER