211service.com
Czysty olej napędowy z węgla
Wraz ze wzrostem kosztów ropy naftowej i niepokojem związanym z eskalacją zależności USA od zagranicznej ropy, węgiel staje się coraz bardziej atrakcyjną alternatywą jako surowiec do produkcji różnych paliw. Teraz chemicy wynaleźli nowy proces katalityczny, który może zwiększyć wydajność czystej postaci oleju napędowego wytwarzanego z węgla.
Metoda opisana w bieżącym numerze czasopisma Nauka , wykorzystuje parę katalizatorów do poprawy wydajności oleju napędowego z syntezy Fischera-Tropscha (F-T), prawie stuletniej chemicznej techniki reakcji tlenku węgla i wodoru w celu wytworzenia węglowodorów. Mieszanina gazów wytwarzana jest przez ogrzewanie węgla. Chociaż Niemcy wykorzystały ten proces podczas II wojny światowej do konwersji węgla na paliwo do swoich pojazdów wojskowych, synteza F-T była generalnie zbyt droga, aby konkurować z ropą.
Część problemu z procesem F-T polega na tym, że wytwarza mieszaninę węglowodorów – z których wiele nie jest użytecznych jako paliwo. Ale w ostatnich badaniach Alan Goldman , profesor chemii i biologii chemicznej na Rutgers University oraz Maurice Brookhart , profesor chemii na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill, używa katalizatorów do przekształcania tych niepożądanych węglowodorów w olej napędowy. Katalizatory działają poprzez przegrupowanie atomów węgla, przekształcając węglowodory o sześciu atomach węgla, na przykład w węglowodory o dwóch i dziesięciu atomach węgla. Wersja dziesięciowęglowa może zasilać silniki wysokoprężne. Pierwszy katalizator usuwa atomy wodoru, co umożliwia drugiemu katalizatorowi przegrupowanie atomów węgla. Następnie pierwszy katalizator przywraca wodór, tworząc paliwo.
Wytworzony w ten sposób olej napędowy ma kilka potencjalnych zalet. Zwykły olej napędowy zawiera cząsteczki zwane aromatami, które podczas spalania wytwarzają cząstki stałe, mówi Goldman. Ale olej napędowy utworzony przez nowe katalizatory nie zawiera aromatów, więc spala się znacznie czyściej, przezwyciężając jeden z głównych zastrzeżeń do oleju napędowego. Może to doprowadzić do zwiększenia liczby pojazdów korzystających z silników wysokoprężnych, które są o około 30 procent bardziej wydajne niż silniki benzynowe.
Ale największą zaletą może być to, że Stany Zjednoczone mają ogromne ilości węgla: w węglu mamy tyle samo energii, co reszta świata w ropie. To wystarczy na następne sto lat, mówi Goldman. Tak więc bardziej wydajna, a przez to tańsza metoda konwersji węgla na olej napędowy może znacząco zmniejszyć zależność USA od zagranicznej ropy i to przez długi czas.
Kiedy to zobaczyłem, pomyślałem, że to naprawdę wspaniały wkład, który może być bardzo ważny, mówi Richard Schrock , profesor chemii na MIT, który zdobył Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w 2005 roku wraz z dwoma innymi naukowcami za odkrycie rodzaju katalizatora użytego w drugim etapie. Jak mówi, łączenie w ten sposób dwóch katalizatorów jest dość rzadkie. Nie możesz po prostu połączyć dwóch rzeczy i oczekiwać, że uzyskasz oczekiwane rezultaty.
Według Robert Grubbs , profesor chemii w Caltech, który podzielił nagrodę Nobla z Schrockiem, Kluczem jest znalezienie systemów katalizatorów, które są kompatybilne i będą działać w temperaturach, w których można wykonywać oba procesy jednocześnie.
W tej chwili nowa metoda katalityczna jest nadal weryfikacją koncepcji i nie jest gotowa do użytku komercyjnego. Na przykład drugi katalizator ma tendencję do psucia się. Ale Schrock mówi, że ten problem powinien być rozwiązany: teoretycznie jest możliwe, że może to stać się praktyczne. Wysłałem e-mail do Alana Goldmana i powiedziałem: „Słuchaj, mamy dużo katalizatorów i mogę wymyślić kilka rzeczy, które mogą być bardziej stabilne termicznie.” Więc zamierzam wysłać mu kilka katalizatorów, a on jedzie wypróbować je.
Możliwe jest również wytworzenie katalizatorów wykorzystujących produkty z pierwszej reakcji do samoregeneracji. Wtedy katalizator nie umarłby i można by w rzeczywistości podtrzymać reakcję, mówi Schrock.
Zdjęcie strony nadziei dzięki uprzejmości Josepha Blumberga. Podpis: Współpracownik podoktorancki Ritu Ahuja demonstruje materiał katalizatora studentce Elizabeth Pelczar i profesorowi Alanowi Goldmanowi.