Onderzoekers van de Universiteit van Liverpool hebben een belangrijke doorbraak bereikt in de directe omzetting van koolstofdioxide (CO ₂ ) en methaan (CH ₄ ) in vloeibare brandstoffen en chemicaliën die de industrie zouden kunnen helpen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en tegelijkertijd waardevolle chemische grondstoffen te produceren.

In een paper gepubliceerd in het chemietijdschrift Angewandte Chemie ze rapporteren een zeer uniek plasmasyntheseproces voor de directe, eenstapsactivering van kooldioxide en methaan tot hoogwaardigere vloeibare brandstoffen en chemicaliën (bijv. azijnzuur, methanol, ethanol en formaldehyde) met hoge selectiviteit bij omgevingsomstandigheden (kamertemperatuur en atmosferische druk).

Dit is de eerste keer dat dit proces is getoond, aangezien het een grote uitdaging is om deze twee stabiele en inerte moleculen direct om te zetten in vloeibare brandstoffen of chemicaliën met behulp van conventionele eenstaps (bijv. katalyse) processen waarbij hoge temperaturen worden omzeild, energie-intensief syngasproductieproces en hogedruksyngasverwerking voor chemische synthese.

De eenstaps synthese op kamertemperatuur van vloeibare brandstoffen en chemicaliën uit de directe hervorming van CO ₂ met CH ₄ werd bereikt door gebruik te maken van een nieuwe atmosferische druk niet-thermische plasmareactor met een waterelektrode en een lage energie-input.

Dr. Xin Tu, van de afdeling Elektrotechniek en Elektronica van de universiteit, zei:"Deze resultaten laten duidelijk zien dat niet-thermische plasma's een veelbelovende oplossing bieden om de thermodynamische barrière voor de directe transformatie van CH te overwinnen ₄ en co ₂ in een reeks strategisch belangrijke platformchemicaliën en synthetische brandstoffen onder omgevingsomstandigheden. Introductie van een katalysator in het chemische plasmaproces, bekend als plasma-katalyse, zou de selectiviteit van doelchemicaliën kunnen afstemmen. "

"Dit is een belangrijke doorbraaktechnologie die een groot potentieel heeft om een ​​stapsgewijze verandering te brengen in toekomstige methaanactivering, CO ₂ conversie en gebruik en chemische energieopslag, die ook van groot belang is voor de energie- en chemische industrie en zou kunnen helpen om de uitdagingen van de opwarming van de aarde en het broeikasgaseffect aan te pakken."

De uitstoot van methaan en kooldioxide worden beschouwd als broeikasgassen die bijdragen aan de opwarming van de aarde en klimaatverandering.

Om de wereldwijde energie-uitdagingen als gevolg van broeikasgassen aan te pakken, nieuwe en opkomende technologieën worden in een steeds hoger tempo ontwikkeld.

Plasma, de vierde toestand van de materie, een elektrisch geladen gasmengsel, biedt een veelbelovend en aantrekkelijk alternatief voor de synthese van brandstoffen en chemicaliën, een unieke manier om thermodynamisch ongunstige reacties mogelijk te maken bij omgevingscondities.

In niet-thermische plasma's, de gastemperatuur blijft laag (zo laag als kamertemperatuur), terwijl de elektronen zeer energiek zijn met een typische elektronentemperatuur van 1-10 eV, wat voldoende is om inerte moleculen (bijv. CO .) te activeren ₂ en CH ₄ ) een verscheidenheid aan chemisch reactieve soorten presenteren en produceren, waaronder radicalen, opgewonden atomen, moleculen en ionen. Deze energieke soorten, die bij een relatief lage temperatuur worden geproduceerd, zijn in staat om verschillende reacties op gang te brengen.

Plasmasystemen hebben de flexibiliteit om op en neer te schalen. In aanvulling, hoge reactiesnelheid en snel bereiken van een stabiele toestand in een plasmaproces maakt een snelle start en stopzetting van het plasmaproces mogelijk in vergelijking met andere thermische processen, die de totale energiekosten aanzienlijk verlaagt en een veelbelovende route biedt voor het plasmaproces dat wordt aangedreven door hernieuwbare energie (bijvoorbeeld wind- en zonne-energie) om te fungeren als een efficiënt gelokaliseerd of gedistribueerd systeem voor de opslag van chemische energie.

Het zeer aantrekkelijke proces zou ook een veelbelovende oplossing kunnen bieden om een ​​einde te maken aan het affakkelen van gas uit olie- en gasbronnen door de omzetting van afgefakkeld methaan in waardevolle vloeibare brandstoffen en chemicaliën die gemakkelijk kunnen worden opgeslagen en vervoerd. Ongeveer 3,5% (~150 miljard kubieke meter gas) van 's werelds aardgasvoorraad werd verspillend verbrand, of 'uitlopend', bij olie- en gasvelden, meer dan 350 miljoen ton CO . uitgestoten ₂ .