Ученые разработали метод получения чистого топлива с помощью плазменного реактора
Исследователи из Северо-Западного университета создали технологию, которую метафорично называют «молнией в бутылке». С помощью плазмы они научились эффективно преобразовывать метан в метанол. Этот процесс традиционно считается одним из самых энергозатратных в химической промышленности.
Проблема традиционного производства
Метанол является важнейшим сырьем: он необходим для производства пластика, используется как растворитель и служит экологически чистым топливом для морских судов и автомобильного транспорта. Однако современный метод его получения требует экстремальных условий. Для расщепления метана используется пар, нагретый до 800 °C, а последующий синтез происходит под давлением, которое в 200–300 раз превышает атмосферное.
Помимо огромных затрат энергии, существующая технология сталкивается с химической сложностью: метанол крайне реактивен. Как только он образуется, реакция часто продолжается дальше, превращая полезный продукт в обычный углекислый газ. Ученым долгое время не удавалось найти способ эффективно останавливать процесс на нужной стадии.
Плазменный реактор: как это работает
Новая система заменяет экстремальный нагрев короткими вспышками электричества. Внутри заполненного водой реактора создается плазма — высокоэнергетическое состояние вещества, аналогичное тому, что возникает в разряде молнии. Метан пропускается через трубку из пористого стекла, покрытую катализатором из оксида меди.
В процессе работы устройства происходят следующие этапы:
- Высоковольтные импульсы превращают газ в плазму.
- Молекулы метана и воды распадаются на активные фрагменты.
- Фрагменты соединяются, образуя метанол.
- Полученный метанол мгновенно поглощается водой, что «замораживает» реакцию и предотвращает его распад до углекислого газа.
Перспективы и побочные продукты
В обзоре исследования отмечается, что помимо основного продукта система генерирует и другие ценные ресурсы. В процессе образуется водород, который сам по себе является топливом с нулевым уровнем выбросов, а также этилен — базовое сырье для производства пластмасс.
По словам соавтора исследования Дэйна Свирера, переход к одноэтапному синтезу без использования сверхвысоких температур и давления существенно снижает стоимость и экологический след производства. На текущем этапе установка работает в лабораторных масштабах, однако в будущем планируется создание мобильных реакторов.
Такие компактные системы можно будет размещать непосредственно на местах утечек метана, например, у заброшенных скважин. Вместо того чтобы сжигать метан, способствуя глобальному потеплению, портативные установки позволят перерабатывать парниковый газ в ценное жидкое топливо прямо на месте добычи.
