Kiderült, hogy a metán szobahőmérsékleten is polimerré alakítható
A felfedezés lehetővé teszi, hogy az egyik legszennyezőbb, üvegházhatású gázból hasznos polimer is készülhet, ráadásul minimális energiát igénylő megoldással: a folyamat szobahőmérsékleten végrehajtható.
Az amerikai MIT vegyészmérnökei kifejlesztettek egy olyan katalizátort, ami képes a metán – az egyik legkárosabb üvegházhatású gáz – szobahőmérsékleten és légköri nyomáson történő átalakítására, hasznos polimerekké. A kutatók szerint az új technológia alkalmazható nagy metántermelő helyszíneken, például erőművekben vagy állattartó telepeken is.
„A metán hasznosítása régóta kihívást jelent. Szénforrásként tekinthetünk rá, de fontos, hogy ne engedjük a légkörbe, hanem valami hasznos dolgot készítsünk belőle” – mutatott rá Michael Strano professzora, a Nature Catalysis folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője.
Új megoldás a metán átalakítására: hibrid katalizátor
A metán rendkívül koncentráltan fordul elő hulladéklerakókban, mocsarakban és más, bomló biomasszát tartalmazó helyeken, de az állattenyésztés, valamint a földgáz kitermelése, szállítása és tárolása is jelentős kibocsátó. Ez az üvegházhatású gáz az emberi tevékenység által előidézett globális felmelegedés mintegy 15 százalékáért felelős, pedig molekuláris szinten egy szén- és négy hidrogénatomból áll, ami elméletileg ideális alapanyaggá teszi polimerek előállításához.
A gyakorlatban a metán átalakítása eddig rendkívül energiaigényes folyamat volt: magas hőmérsékletet és nyomást igényelt.
Az MIT kutatói viszont alkottak egy új, hibrid katalizátort, ami egy természetes enzimet és zeolitot kombinál. Utóbbi egy olcsó, agyagszerű ásvány, amiről már korábban kiderült, hogy képes a metánt metanollá alakítására. Ehhez a kutatók módosított alumínium-szilikátot használtak – az alkohol-oxidáz nevű enzimmel párosítva, ami természetes módon oxidálja az alkoholokat, és a folyamat során hidrogén-peroxidot állít elő.
A katalizátor kétlépcsős reakciót hajt végre: először a zeolit alakítja a metánt metanollá, majd az enzim a metanolt formaldehiddé. A folyamatban keletkező hidrogén-peroxidot visszaforgatják, hogy oxigént biztosítsanak a metán metanollá átalakításához. A rendszer vízben szuszpendált katalizátor részecskékkel működik, amelyek képesek a metánt megkötni a levegőből. A kutatók elképzelése szerint a katalizátort akár festékként is fel lehetne vinni különböző felületekre.
Gyakorlati alkalmazások, amelyekben jól jöhet a metánból lett polimer
„A jelenlegi technológiák magas hőmérsékletet és nyomást, valamint drága vegyi anyagokat, például hidrogén-peroxidot igényelnek. A mi rendszerünk viszont enzimen keresztül állítja elő a hidrogén-peroxidot, ami költséghatékonyabbá és skálázhatóvá teszi” – mondta Jimin Kim, az MIT posztdoktori kutatója, a tanulmány társszerzője.
A formaldehidből a kutatók urea hozzáadásával készítettek polimert, ami hasonló az iparban használt karbamid-formaldehid gyantákhoz. Ezeket széles körben alkalmazzák például forgácslapok, textíliák és más termékek előállításában.
A tudósok szerint az új katalizátort akár földgázvezetékekbe is integrálhatnák, hogy a keletkező polimerek tömítőanyagként zárjanak el repedéseket, megelőzve a metánszivárgást. Más alkalmazási területeken a metánnal érintkező felületeken is hasznosítható lenne a technológia, ami polimereket állítana elő gyártási célokra.
Címlapkép: wirestock - Freepik
