避免浪費，把甲烷轉化成液態燃料

　　時間: 2017年12月22日 | 作者: David L. Chandler | 來源: 麻省理工學院

        MIT教授發明了一種新方法來利用「被燒掉」且危害極大的溫室氣體。

　　

　　很多油井會在一個叫做「燃氣」的過程燒掉甲烷——天然氣的主要成分，每年要燒掉15百億立方米的甲烷，併產生40百億噸的二氧化碳，加劇了全球變暖。但是如果直接把甲烷排放到大氣中，這也會造成更嚴重的環境問題，因為甲烷造成的溫室效應比二氧化碳還嚴重。

　　為什麼甲烷在被浪費的同時又是重要的「橋樑」燃料，有助於減輕世界對化石燃料的依賴？同時又是頁岩氣革命的主角？這個答案和房地產商掛在嘴邊的話一樣，就是：位置，位置，位置。

　　讓甲烷被燒掉的油井主要目的是開採石油，甲烷只是一個副產物，在條件允許的地方，這些甲烷可以用來發電或者生產化學品，然而，這些過程都需要冷卻並加壓甲烷，因此運輸甲烷就需要特殊的耐壓容器和管道。在很多地方，比如海上石油平台或邊遠地區的油田都沒有這些必要的基礎設施，因此從經濟角度來看，這種辦法並不可行。

　　但現在，MIT化學系教授Yogesh Surendranath和他的三個同事發現了一個利用電能轉化甲烷的方法，可以利用可再生能源發的電把甲烷轉化成甲醇的衍生物，而甲醇能夠用作汽車燃油，也是很多化學品的前體。這個發現在ACS期刊發表，人們找到了一個利用甲烷的新方法，避免甲烷被無故浪費。

　　「這個發現為甲烷轉化打來了一扇新的大門。」North Carolina大學化學系的助理教授Jillian Dempsey說道。

　　目前能把甲烷轉化為液態化學中間體的工業過程需要非常高的操作溫度和大型耗費資金的設備，相反地，研究者們發明了一種低溫電化學過程，能夠不斷補充轉化過程需要的催化劑，這項技術能夠實現「相對低成本、可以現場添加到現存的油井裝置中。」MIT的助理教授Surendranath說道。

　　這個系統需要的電能可以來自油井附近的風能或者太陽能，他說道，電化學過程可以實現甲烷轉化，也是一個叫做「功能化」的過程，「適用於儲存了大量甲烷的偏遠地區。」

　　甲烷現在已經是一種非常重要的過渡燃料，但是現在這種珍貴的燃料正在被浪費地燒掉，「這是非常讓人驚訝的。」從地球衛星在晚上拍下的照片可以看到很多地區大量浪費掉的天然氣，如North Dakota地區的Bakken油田，全球浪費掉的甲烷相當於美國天然氣消費量的五分之一。

　　當這種氣體被燒掉而不是直接釋放到大氣，「你在減少環境危害，但是你也在浪費能源。」找到一個低成本有效轉化甲烷的方法能夠利用邊遠地區的甲烷「成為了困擾化學界數十年的難題。」他說道，甲烷轉化之所以這麼困難就在於甲烷分子的碳氫鍵非常穩定，很難斷裂，同時如果反應過度又會發生副反應，得不到我們想要的產物。

　　研究這方面的催化學家做了很多年的工作，都需要條件苛刻的化學試劑，這限制了反應速度，他說道，最新進展的關鍵在於添加了一個電場驅動力來精確調控反應，能夠很快產生更多的催化劑。

　　「既然我們採用了電能來驅動這個反應過程，這就使得比現有方法更快速、更有選擇性和更便攜的新方法成為可能。」Surendranath說道，並且「因為我們採用了新的方法產生催化劑，我們能夠以前人做不到的方法來評估催化劑活性。」

　　這個反應的結果就是兩種液態化學物質——硫酸甲酯和甲磺酸，它們可以被進一步加工成液態甲醇——一種燃料、塑料和藥物的化學中間體，轉化甲醇的額外處理過程非常困難，在這項技術應用在工業生產之前需要優化這個反應，研究者們正在積極地優化這個方法來解決現存的技術難題。

　　「這項工作非常卓越，不僅僅是因為提出了一個選擇性催化甲烷轉化為甲醇前體的新方法，還詳細指出了這個系統是怎樣實現選擇性的化學反應，相關機理的研究是非常重要的，可以推動這項令人激動的發現轉化為工業技術。」Dempsey說道。

　　團隊包括博士后Matthew O』Reilly、博士研究生Rebecca Soyoung Kim和Seokjoon Oh及所有MIT的化學系成員，這項研究由MIT能源計劃的義大利能源公司 Eni S.p.A提供資助。

　　撰文 David L. Chandler

　　翻譯 黃靜