Splněný sen: Nový katalyzátor dělá z metanu metanol za pokojové teploty  
Metan je nebezpečný skleníkový plyn, ale také zajímavý zdroj. Stačí zpřetrhat vazby mezi uhlíkem a vodíkem a nacpat tam kyslík, aby vznikl metanol, z něhož je možné vyrobit spoustu užitečných věcí. To se ale snadněji řekne, než udělá. Nový katalyzátor založený na MOFu to zvládá elegantně a za přijatelných podmínek.
MOF katalyzátor. Kredit: ORNL/Jill Hemman.
MOF katalyzátor. Kredit: ORNL/Jill Hemman.

Metan je černý kůň globálního oteplování. Je ho sice méně než oxidu uhličitého, ale je to 34krát účinnější skleníkový plyn. Proto je metan na seznamu nežádoucích plynů a v poslední době se mu věnuje velká pozornost. Zdroje metanu jsou rozmanité a různé jsou i možnosti, jak s ním naložit. Metan z průmyslu se často spaluje, ale je to z bláta do louže, protože vzniká oxid uhličitý.

 

Martin Schröder. Kredit: Henry Royce Institute.
Martin Schröder. Kredit: Henry Royce Institute.

Často zvažovaným řešením je přeměna metanu na metanol. To je velmi zajímavá surovina pro široké spektrum produktů, od paliv přes plasty až po konstrukční materiály. Háček je v tom, že taková přeměna obvykle vyžaduje vysoké teploty a tlaky, díky čemuž je náročná na energii. Odborníci proto v posledních letech experimentují s katalyzátory a hledají takový, který by umožnil prakticky využitelnou výrobu metanolu z metanu za přijatelné, nejlépe pokojové teploty a tlaku. Zajímají se například o katalyzátory z titanu, mědi nebo zeolitu.

 

Výzkumný tým, kterému šéfoval Martin Schröder z britské University of Manchester, vyvinul nový postup pro přeměnu metanu na metanol, který využívá jako katalyzátor jednu z pozoruhodných kovoorganických „koster“ MOF (Metal-organic framework). MOFy jsou extrémně porézní látky, jejichž póry navíc mohou obsahovat rozmanité molekuly, které se v tomto případě podílejí na katalýze.

 

Jak to funguje? Nejprve se smísí metan s kyslíkem a s vodou. Vzniklá směs poté nepřetržitě protéká skrz granule z MOFu. Když jsou tyto granule vystaveny slunečnímu záření, spustí se chemická reakce, která přeměňuje plynný metan na kapalný metanol. Ten je pak možné snadno oddělit a výroba metanolu je hotová. Nejobtížnější částí je přerušení vazeb mezi uhlíkem a vodíkem v molekule metanu, ab bylo možné vložit kyslík a vytvořit metanol. V tomto případě to mají na starost molekuly umístněné na struktuře MOFu. Absorbují sluneční záření a následně uvolní elektrony, které se připojí k protékajícím molekulám kyslíku a metanu a dojde ke vzniku metanolu.

 

Logo. Kredit: University of Manchester.
Logo. Kredit: University of Manchester.

Testy s novým katalyzátorem prokázaly, že je účinný a opakovaně použitelný. Je možné jej propláchnout a použít nejméně 10krát po sobě, pro minimálně 200 hodin reakčního času. Vývoj katalyzátoru stále probíhá, ale je slibný a v dohledné době by mohl pomoci jak se snížením emisí metanu, tak i snížit zátěž z výroby metanolu. Podle Schrödera je to jako by našli svatý grál vědy o katalyzátorech.

 

Literatura

New Atlas 1. 7. 2022.

Nature Materials online 30. 6. 2022.

Datum: 01.07.2022
Tisk článku


Diskuze:

Splněný sen: Nový katalyzátor dělá z metanu metanol za pokojové teploty

Josef Hrncirik,2022-07-06 22:02:26

oxidací na hydroxidu železa. Ano, ale funguje to pouze s fotokatalyzátorem na bázi ruthenia a s redoxkatalyzátorem komplexu oxidu wolframového a vanadičného. 1 g hotového katalyzátoru pak stojí 4,2 dolaru. Rez je velmi drahá, žere peníze.
Nejprve se smísí metan s kyslíkem a s vodou. Vzniklá směs poté nepřetržitě protéká skrz granule z MOFu. Když jsou tyto granule vystaveny slunečnímu záření, spustí se chemická reakce, která přeměňuje plynný metan na kapalný metanol. Lze získat max. 2% roztok metanolu ve, vodě jinak (či za sucha) se přednostně oxiduje místo CH4 na nežádoucí CO2. Metanol je pak možné snadno oddělit cca 10x opakovanou energeticky náročnou destilací (zakoncentrovat na koloně nad 90%) a výroba metanolu je hotová.

Odpovědět


Re: Splněný sen: Nový katalyzátor a zanedbané množství světla dělá z metanu metanol za pokojové teploty

Josef Hrncirik,2022-07-07 11:00:40

Fotokatalyzátor při pohlcení světla s jistou účinností generuje elektron a díru e-; e+ které se s jinou účinností mohou zúčastnit redukce či oxidace. Metan sorbovaný na OH (hydroxyl) komplexovaného Fe(OH)3 je oxidován s přispěním potenciálu fotooxidovaného jádra bipiridylového ligandu L*+: CH4 + -OH = L + H+ + H2O + CH3. radikál ; zkráceně: CH4 + e+ = H+ + CH3. .
Plynný O2 je biradikál .O-O. . Jeho redukcí vzniká superoxidový; peroxidový; či nakonec oxidový aniont : O2-; O2--; O-- tj. vlastně až peroxid vodíku či voda. Peroxid vodíku (alias kysličník vodnatý vulgo vodičitý, je je-li málo vodný (spíše však vulgo vodnatý) je v Eu zakázán. S některými redukovadly zpočátku uvolní extrémně silné oxidovadlo OH. radikál (z Fentonova činidla) reakcí H2O2 + e- = OH- + OH. . Na zisk 1 OH. je zapotřebí použít min. 3e-, tj. 3 fotony pod cca 550 nm á cca 2 e.V, tj. cca 0,6 MJ/mol připraveného dřevného lihu. Přinejmenším. Prakticky minimálně cca 1,2 MJ. Oxidací CH4 na meťák i potmě se se potměšile uvolní jen cca 0,13. V CH4 je max. spalitelných 0,9 MJ/mol, prosvítíme min. 1,2 MJ/mol, uchladit bez využití musíme min. 1,3 MJ.
V článku v Nature určitě neni ani zmínky o použité Xe lampě, světel. toku či ploše či foto quantové ú činnosti.
Prostě a sprostě: omerta.
Rozsvítilo se Vám?

Odpovědět

Proč?

Mojmir Kosco,2022-07-02 20:39:16

Proces který funguje běžné , je vydáván za něco úžasného? metanotroficke bakterie proměňujíethan na methanol již dnes

Odpovědět


Re: Proč?

Jirka Forejt,2022-07-02 21:41:08

Pane Koščo, kvůli Vám jsem si zde zřídil účet. To abych vzdal hold Vaší genialitě. Jen byste s ní neměl tolik plýtvat.

Odpovědět


Re: Re: Proč?

Jindra Vostálová,2022-07-03 00:26:25

Dříve diskutující pana Košču upozorňovali na nesmysly, které produkuje aniž by souvisely s tématem. Už to ale vzdali. Je to nezmar a rozumí od fyziky přes biologii až po klima.

Odpovědět


Re: Re: Proč?

Mojmir Kosco,2022-07-03 07:30:45

Takže metanotroficke bakterie neexistují? A nepromenujì methan a methanol za pilové teploty?

Odpovědět


Re: Re: Re: Proč?

Mojmir Kosco,2022-07-03 07:31:03

Pokojové

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Proč?

Kateřina Truhlářová,2022-07-03 10:41:45

Pane Kosco, popletlo se Vám co je a co není katalyzátor a katalytická výroba, o čemž je článek.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Proč?

Josef Hrncirik,2022-07-06 17:23:59

Svatá Pravda.
Všichni se už naučili říkat katalyzátor fotokatalyzátoru, který bez trvalého dodávání energie osvětlováním neprodukuje v reakční směsi z fotoexcitovaných molekul radikály CH3* a 2. reakcí fotochemickou redukcí přiváděného O2 z vzniklého peroxidu a superoxidu vznikají agresivní radikály OH*, které prostou kopulací s CH3* vytvoří dřevný líh. Koncentrace nakopulovaného lihu však nemůže přesáhnou 2% ve vodě, protože je oxidován účinněji než metan a je pak tiše za mokra zpopelněn.
Organické složky MOF a fotosenzibilátoru však tento holocaust ignorují a zůstávají stále inertní.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Proč?

Vinkler Slavomil,2022-07-03 15:39:15

Ano i ty bakterie mají nějakou katalytickou fintu, ale to dosud lidstvo neumělo. Navíc, trochu je to i téma, že každá liška...

Odpovědět

podíl

Petr Petr,2022-07-02 05:58:19

Předpokládám, že se jedná ani ne o jedno procento emisí methanu. To nikoho nevytrhne. Většina emisí methanu není zachycena. Tady jde o methan, který vlastně ani ještě nebyl emitován. Navíc spálením methanu na CO2 snížím skleníkový efekt těch 34x. Tedy zredukuju na 3 %. Je účinnost popsané katalýzy vyšší než 97 %? Tak asi tak...

Odpovědět


Re: podíl

Florian Stanislav,2022-07-02 12:34:42

methan a methanol.
Methan výhřevnost
34*(16/22,4) = 24,3 MJ/kg
Methanol výhřevnost 21,3 MJ/kg, to je 88% výhřevnosti methanu.
Zemní plyn jako motorové paliv se musí stejně stlačit, takže úsporu energie, že nový katalyzátor methan stlačený nepotřebuje moc nevidím. Spálením obou vznikne CO2 a ekologická hrátky s omezením silnějšího skleníkového plynu CH4 taky nevidím. Jedovatost methanolu je zřejmá.

Katalyzátor katalyzátor založený na MOFu je extrémně porézní, čili háklivý na mikročástice, které jsou všude.

Reformování zemního plynu dává směs CO +3H2, což je syntézní plyn po výrobu methanolu ale i dalších sloučenin, třeba syntetický ethanol.

Odpovědět


Re: Re: podíl

D@1imi1 Hrušk@,2022-07-02 17:14:15

Metan má výhřevnost dokonce 50MJ/kg.

Odpovědět


Re: Re: Re: podíl

Florian Stanislav,2022-07-02 19:00:56

https://world-nuclear.org/information-library/facts-and-figures/heat-values-of-various-fuels.aspx
Ano. Moje chyba při přepočtu Má být 34*(22,4/16) = 47 MJ/kg.
Nerozlišují tam mezi spalným teplem a výhřevností, což vzhledem k tomu, že vzniká voda není stejné.
Výhřevnost
metan (CH 4 ) 50-55 MJ/kg
Zemní plyn 42-55 MJ/kg
Methanol (CH 3 OH) 22,7 MJ/kg
Takže methanol má poloviční výhřevnost jak zemní plyn.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: podíl

Miroslav Pragl,2022-07-03 10:09:07

Na vse je treba divat se komplexne.

Napr.: srovnani paliv - synteticky methan misto zemniho plynu, methanol misto benzinu. Oboji vicemene bez uprav logisticke i spalovaci casti (rozvod plynu, nadrz automobilu, kotel, motor ...). U plynoveho topeni vyjde methan prirozene jako suveren, u (puvodne) benzinoveho auta s KISS pristupem to vidim na methanol.

Srovnavat vyhrevnost na kg neni take uplne fer; pokud by se srovnala vyhrevnost na litr u methanolu, cng, lng (idealne cista, tedy po odecteni energeticke narocnosti syntezy, stlaceni, zkapalneni), bylo by to spravedlive o krapitek vice. A hlavnek tem kg pripocitat alikvotne hmotnost tlakove nadoby .....

No pokud by se vzal modelovy priklad provozu auta s beznym najezdem a roky pouzivani a pripocitaly se naklady nutne na zmenu palivove soustavy vc. zapistu do technicaku, zmenseni vyuzitelneho prostoru, zmena dojezdu / zvysena frekvence tankovani, omezeni parkovani, tlakove zkousky atd. atd, nebyl bych si "vitezem" az tak jist.



MP

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Florian Stanislav,2022-07-03 11:17:35

Za 4 měsíce vzrostla cena plynu na burze asi 3x a cena benzinu u pumpy asi o 1/3. Takže zemní plyn a cokoliv z něj v EU je a bude finanční problém. Což předem limituje i případné nové technologie založené na zemním plynu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Miroslav Pragl,2022-07-03 18:07:35

Zminoval jsem zemni plyn? Anine. Psal jsem "synteticky methan misto zemniho plynu"... !

Vzhledem k prebytkum elektricke energie ve spickach kdy sviti a fouka a prodava se za zaporne ceny bude velky zajem o to, jak ji ulozit (ted se stavi obrovske primotopy na kopcich, ktere ohrivaji vzduch a inkasuji za zvyseni stability site, navratnost par let). Tedy napr. elektrolyza vody -> Sabatier -> ... az po neco kompatibilni a uskladnitelne. Treba (m)ethanol.

MP

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Florian Stanislav,2022-07-05 00:42:35

Syntetický methan mi nedává moc smysl, leda by uhlík pocházel ze vzduchu z CO2.
https://techfocus.cz/veda-vesmir/4369-cesti-vedci-se-snazi-inovativne-vyrabet-vodik-pomoci-solarniho-rozkladu-vody.html
Solární rozklad vody jako zdroj vodíku.
Nebo vodík vznikající při plazmatickém rozkladu plastů, jen 30% plastů ze žlutých popelnic se skutečně recykluje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Josef Hrncirik,2022-07-07 11:18:48

Naturalisté na s.87 supplementů píší BloodyMírovi: the cost of both methane and syngas is $0.03/m3. Ten to pak prostě přepočítal na rubly podle starého kursu. Vot éto vsjo

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Jiří Kocurek,2022-07-03 15:29:11

Ještě bych přidal jednu nevýhodu metanolu, jeho toxicitu. Nevím přesně jaké koncentrace by bylo potřeba, ale nadýchat se výparů a oslepnout není nic, co by si jeden přál. Benzín je z tohoto pohledu bezpečnější.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: podíl

Miroslav Pragl,2022-07-03 18:17:03

.. a proto se methanol uz par let dava do levnych nemrznoucich smesi do ostrikovacu (cehoz si nevsimli vyrobci levneho chlastu a vznikla neslavna afera). A po polskych silnicich jezdi krokem miliony soferu s bilou hulkou z okenka.

Ano, methanol je toxicky. Ale nedemonizoval bych ho. Toxicke je kdeco. Voda je take toxicka; vypary vody mohou dokonce zpusobit popaleniny 3. stupne.

MP

Odpovědět


Re: Re: Re: součty

Josef Hrncirik,2022-07-06 17:50:36

V komunistickém příkladníku úloh FCH jsou molární slučovací tepla/kJ: CH4; CH3OH; CO2; voda; pára
-75; -201; -394; -286; -242; Výhřevnost MJ/kg: CH4; CH3OH; H2; 56; 21; 120. Spalné teplo zahrnuje i obtížně využitelné kondenzační teplo páry ze spalin: 62; 24; 142

Odpovědět

Tedy nevím jak komu,

Jan Krásenský,2022-07-01 23:05:31

ale splněným snem by bylo vyrábět katalyticky z metanu etanol.

Odpovědět


Re: Tedy nevím jak komu,

Josef Hrncirik,2022-07-06 17:59:12

Někdo se spokojil i ředěním protijedu metanolem.

Odpovědět


Re: Tedy nevím jak komu,

Josef Hrncirik,2022-07-06 18:56:40

V oslovském odkazu na Nature to výzkumníci prověřovali. Zjistili, že ani k rekombinaci radikálů CH3* na etan nedochází. Probíhá jen terminace radikály OH*. Pochopitelně, že původním cílem byl hyroxyetan ev. dodatečně protáhnout metanol alespoň na etanol. Radikály sledovali pomocí EPR a alkoholy neobyčejně důkladně přes GC s MS koncovkou, potvrzeno i použitím izotopů.
Pečlivý rozbor metod je v 95 stránkovém supplementu k 8 s. článku. Spin density population reakčního centra je např. barevně na s. 49. Zamysleli se i nad Proposed mechanism for the conversion over di-iron centers in soluble methane monooxygenase (sMMO) and its model catalysts based on literature examples. s.55

Odpovědět

Dve poznámky:

Vladimír Bzdušek,2022-07-01 22:10:11

- tak, ako je to popísané -
1. buď je to geniálny vynález, alebo totálna blbosť,
2. keď teda napr. v Litvínove pobeží jednotka, kde sa takto prepracuje cca 100-1000t metanolu/deň,
tak ma vyhrabte z hrobu, dám si to vysvetliť, a dopíšte mi na tombstone, že takto dopadol neveriaci chemik.

(Viem, že ktosi za to už dávnejšie dostal Českú hlavu, ale kdeže beží tá priemyselná jednotka?, kde?
Jedine v Trigger Whisky Saloonu, pistolníku !)

Odpovědět


Re: Dve poznámky:

František Kroupa,2022-07-02 17:53:26

Také jste se předevčírem díval :-)?

Odpovědět

Pavol Hudák,2022-07-01 20:45:19

Este za podobnych podmienok etanol z CO2 priamo zo vzduchu a vody z kaluze a bude to dokonale :)

Odpovědět


Re:

Josef Hrncirik,2022-07-06 17:56:28

Chce to vinohrad nebo aspoň trnku. Dojde i na chlastání z kaluže.

Odpovědět


Re: Re:

Josef Hrncirik,2022-07-07 07:15:50

Dávný sen lidstva vyrobit v těle fotosyntézou z větru (flatulance) etanol je stále vzdálen i přes nesmírné nasazení a výzkum solárů a větrníků. Zdá se, že bez ionizujícího záření mikroreaktorů to nejde hlavně ekonomicky. Prostě nás zem bagrují.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace