علماء أمريكيون يحولون غاز الميثان المهدور إلى وقود سائل ذي قيمة باستخدام محفز منخفض التكلفة
قام باحثون في الولايات المتحدة بتطوير محفز رخيص الثمن يتحمل الكبريت، ويمكنه تحويل غاز الميثان المهدر إلى مواد كيميائية ووقود سائلة قيمة وسهلة النقل. تم إجراء البحث من قبل مختبر بروكهافن الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (BNL). وركزت على ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2)، وهو محفز صناعي متوفر بكثرة في الأرض. وقال الفريق إنه يمكن استخدامه مع الحد الأدنى من التغيير والتبديل لتحويل الميثان بشكل انتقائي إلى بيروكسيد الميثيل ومركبات الأكسجين السائلة، عند درجات حرارة أقل من 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). بيروكسيد الميثيل هو مادة أولية لصنع الميثانول، وهو وقود سائل كثيف الطاقة. وقال سانجايا سيناناياكي، دكتوراه، باحث في BNL، ومؤلف الدراسة المقابلة، إن المحفز يمكن أن يغير قواعد اللعبة لتحويل الغاز الطبيعي إلى مواد كيميائية سائلة. وأضاف: “يحقق المحفز عوائد عالية جدًا وخصوصية عالية لصنع سلائف مهمة للميثانول ومجموعة واسعة من العمليات الصناعية الأخرى”. محفز وقود رخيص يحتاج نقل غاز الميثان من حقول النفط والغاز النائية إلى بنية تحتية مكلفة. وهذا هو السبب وراء قيام الشركات المصنعة في كثير من الأحيان بتنفيس أو حرق غاز الميثان الزائد، مما يؤدي إلى إهدار مورد ثمين. وهذا يساهم أيضًا في انبعاثات الغازات الدفيئة. ومع ذلك، يعتقد الباحثون في BNL أن المحفز الخاص بهم يمكنه التقاط غاز الميثان العالق عن طريق تحويله إلى مواد كيميائية سائلة قابلة للنقل. صرح ستيف فاريل، دكتوراه، وزميل Goldhaber في برنامج التحليل الطيفي NSLS-II في BNL: “يلتقط هذا المحفز بشكل أساسي ما هو النفايات أو غير القابل للاستخدام ويجعله قابلاً للاستخدام”. ستيفن فاريل، وخوان خيمينيز، وسانجايا سيناناياكي يقفون عند خط شعاع التحليل الطيفي للغلاف الداخلي (ISS) في مصدر ضوء السنكروترون الوطني II. مصدر الصورة: David Rahner / Brookhaven National Laboratory يستخدم أسلوبهم ثاني كبريتيد الموليبدينوم المتوفر بسهولة، مع الحد الأدنى من المعالجة قبل الاستخدام. وكان أداؤها يطابق أداء البدائل الأكثر تكلفة بكثير، بل ويتجاوزه في بعض الحالات. يعد تحملها للكبريت ميزة هائلة أخرى. غالبًا ما يحتوي الغاز الطبيعي الخام على مركبات الكبريت التي تعمل على إلغاء تنشيط المحفزات التقليدية. ومع ذلك، فإن التركيبة الغنية بالكبريت لثاني كبريتيد الموليبدينوم تجعله أكثر مقاومة لهذه الملوثات بشكل طبيعي. وقال الدكتور خوان خيمينيز، الباحث في المختبر والمؤلف المشارك في الدراسة، إن تكوين الغاز الطبيعي يختلف بين الآبار. وأضاف: “نحن نعمل على تطوير مجموعة واسعة من المواد المختلفة التي يمكنها التعامل مع سلسلة كاملة من تركيبات الغاز الطبيعي المختلفة الموجودة داخل الولايات المتحدة وعلى المستوى الدولي”. ملاحظات في الوقت الحقيقي لفهم المحفز بشكل أفضل، لجأ الفريق إلى العديد من خطوط الأشعة في مصدر ضوء السنكروترون الوطني II التابع لـ BNL. سمح لهم التحليل الطيفي للأشعة السينية المتقدم بمراقبة التغيرات في التركيب الذري للمحفز أثناء حدوث التفاعل الكيميائي. تبين أن رد الفعل كان بسيطًا بشكل ملحوظ. عند دمجه مع الميثان وبيروكسيد الهيدروجين المخفف في الماء عند درجة حرارة 167 درجة فهرنهايت، يقوم المحفز بتحويل الميثان إلى مواد مؤكسجة سائلة مع انتقائية كاملة تجاه عائلة المنتج المرغوبة. وكان أداؤها يطابق، بل ويتجاوز في بعض الأحيان، محفزات تحويل الميثان الأكثر تكلفة والمصنوعة من البلاديوم أو الروديوم. وقال خيمينيز: “لقد أخذنا MoS2 من الأسواق، وبمعالجة بسيطة جدًا فقط، صنعنا محفزًا نشطًا بشكل لا يصدق”. “أنت لا تحتاج إلى تركيب متطور لإنشاء محفز نشط بشكل لا يصدق.” وأظهرت اختبارات أخرى أن المحفز أصبح أكثر معدنية أثناء التشغيل. وسمحت لإلكتروناتها بالتحرك بحرية والمشاركة في التفاعل. وفي الوقت نفسه، حافظت على هيكل بلوري مستقر، مما يشير إلى أنها متينة وقابلة لإعادة الاستخدام. اكتشف الفريق أيضًا أن جذور الهيدروكسيل المتولدة أثناء تحلل بيروكسيد الهيدروجين بشكل طبيعي تلعب دورًا حاسمًا في كسر روابط الكربون والهيدروجين القوية للميثان. وبدلاً من السماح لهذه الجذور شديدة التفاعل بمهاجمة الجزيئات بشكل عشوائي، قام المحفز بتوجيهها نحو إنتاج منتج واحد مرغوب. ووفقا للعلماء، فإن النتائج يمكن أن تؤدي إلى محفزات ميثان أرخص ومقاومة للكبريت. وقد قدمت شركة Brookhaven Science Associates بالفعل براءة اختراع مؤقتة لاستخدام المحفز. وقد نشرت الدراسة في مجلة المواد الوظيفية المتقدمة .
تم النشر: 2026-07-01 20:36:00
