Metanas jau seniai kelia nerimą klimato tyrėjams, nes jo poveikis šiltnamiui labai stiprus. Australijos mokslininkai nusprendė ne tik mažinti emisijas, bet ir paversti jas nauda. Jie pasiūlė paprastą idėją, pasitelkiant gausią saulę metaną versti vertingu produktu.
Nauja technologija tiesiogiai paverčia metaną etilenu naudodama vien saulės šviesą. Etilenas yra vienas svarbiausių chemijos pramonės junginių, reikalingas plastikams, sintetiniams pluoštams ir tirpikliams. Jei metodas būtų pritaikytas plačiai, kartu mažėtų tarša ir didėtų žaliavų gamyba.
Tyrėjų darbas rodo, kad aplinkos problemos gali tapti verslo galimybe. Vietoje brangių reaktorių ir didelių temperatūrų čia veikia kambario sąlygos. Todėl projektas vertinamas kaip žingsnis link žiedinės ir mažiau taršios chemijos.
Fotokatalizinis procesas
Ankstesni metano perdirbimo būdai reikalavo aukštos temperatūros ir daug energijos. Dr. Zhiliang Wango komanda sukūrė fotokatalizatorių, kuris reakciją paleidžia kambario temperatūroje. Energiją suteikia saulės spinduliai, tad išnyksta poreikis deginti kurą.
Svarbiausia katalizatoriaus dalis yra paladžio ir aukso lydinys, sujungtas su titano dioksidu. Toks derinys molekuliniame lygmenyje nukreipia reakciją taip, kad metanas nevirsta anglies dioksidu. Vietoje to jo dalelės susijungia ir sudaro etileną.
Rezultatai laboratorijoje
Bandymuose su „TiO2“ ir „PdAu“ lydiniu etileno gamyba siekė 0,18 milimolio gramui per valandą. Metano virtimo greitis buvo 13,73 milimolio gramui per valandą. Esant 350 nanometrų šviesai kvantinė išeiga pasiekė 12 proc., kas fotokatalizei laikoma aukšta verte.
Šie skaičiai rodo, kad reakcija ne tik įmanoma, bet ir pakankamai selektyvi. Etilenas susidaro tiesiogiai iš metano, be gausybės šalutinių produktų. Tai leidžia tikėtis mažesnių valymo ir atskyrimo kaštų ateityje.
Kodėl tai svarbu klimatui?
Per šimtą metų metanas šildo atmosferą daugiau nei dvidešimt penkis kartus stipriau nei anglies dioksidas. Australijoje jo daug išskiria žemės ūkis ir kasyba, todėl problema ypač aštri. Saulėtas klimatas suteikia šalies mokslininkams pranašumą, nes šviesos šaltinis beveik neribotas.
Vizija numato plonas fotokatalizatoriaus dangas ant fermų ar gamyklų stogų. Tokios dangos galėtų perdirbti metaną ten pat, kur jis išsiskiria. Taip sumažėtų transporto poreikis ir emisijos būtų valdomos vietoje.
Ekonominiai iššūkiai ir perspektyvos
Didžiausia kliūtis kol kas yra katalizatoriaus kaina, nes paladis ir auksas brangūs taurieji metalai. Komanda ieško pigesnių pakaitalų, pavyzdžiui geležies, tačiau svarbu išlaikyti tokį pat efektyvumą. Tam reikia suderinti metano aktyvinimą, tarpinių junginių stabilizavimą ir anglies atomų sujungimą.
Kelias iki pramonės dar ilgas, reikės tobulinti medžiagas ir didinti proceso mastą. Vis dėlto idėja parodo naują požiūrį, kai saulės energija sprendžia taršos klausimą ir kuria produktą. Jei pavyks sumažinti kainą, technologija gali tapti realia priemone ir klimatui, ir ekonomikai.
