Northwestern Üniversitesi'nden araştırmacılar, sanayinin en tehlikeli sera gazlarından biri olan metanı, tek bir adımda, oda sıcaklığında sıvı yakıt ve kimya endüstrisinin temel hammaddesi metanole dönüştürmeyi başardı. Bu çığır açan yöntem, cam tüpler içindeki kontrollü şimşekler aracılığıyla gerçekleşti.
METANOL ÜRETİMİNDE DEVRİM YARATAN YÖNTEM
Amerikan Kimya Derneği Dergisi'nde (JACS) yayımlanan bu laboratuvar çalışması, henüz ticari bir rafineri olmasa da, devasa ısı ve basınca ihtiyaç duymadan yakıt üretilebileceğinin kanıtı olarak bilim dünyasında heyecan yarattı. Mevcut metanol üretim süreçleri, plastik, boya ve yapıştırıcı gibi pek çok ürünün temelini oluşturan metanolü üretirken yüksek enerji tüketimi ve ciddi miktarda karbondioksit salımıyla çevresel sorunlara yol açıyor. Geleneksel yöntemler, metanı buharla karıştırıp 800°C'nin üzerine ısıtarak ve atmosfer basıncının 200-300 katı altında sıkıştırarak metanol elde ediyor. Bu süreç, milyonlarca ton karbondioksitin atmosfere salınmasına neden olurken, metanolün tekrar karbondioksite dönüşme riski de bulunuyor.
SOĞUK PLAZMA VE CAM TÜP REAKTÖRÜ
Northwestern ekibi, bu geleneksel ve çevresel açıdan sorunlu yöntemleri bir kenara bırakarak, evrenin büyük bir bölümünü oluşturan ancak kimyada nadiren kullanılan dördüncü madde hali olan plazmayı çözüm olarak gördü. Kavurucu sıcaklıktaki plazma yerine, gazın kendisi oda sıcaklığında kalırken içindeki elektronların on binlerce dereceye kadar ısıtıldığı "soğuk plazma" kullanıldı. Bu sayede reaktörü eritmeden, şimşeğin bağları koparan gücünden faydalanıldı. Çalışmanın ilk yazarı James Ho ve ekibi, bakır oksit katalizörle kaplı gözenekli bir cam tüpten oluşan bir reaktör geliştirdi. Tüp içinden yüksek voltajlı akım geçirildiğinde, metan kabarcıkları yükselirken küçük bir şimşek çakıyor. Bu şimşek, metan ve suyu reaktif parçalarına ayırarak saniyeler içinde metanol oluşumunu sağlıyor. Oluşan metanol, su içinde çözündüğü için reaksiyon istenmeyen yan ürünlere dönüşmeden durduruluyor. Deneyin dikkat çekici bir diğer detayı ise, kimyada tepkimeye girmemesiyle bilinen argon gazının kullanılmasıyla elde edilen yüksek verimdi. Argonun plazma ortamında iyonize olarak reaksiyonun elektron yoğunluğunu artırması ve istenmeyen yan ürünleri engellemesi sayesinde, sıvının %96,8'i saf metanol olarak elde edildi. Gaz ve sıvı toplamında ise %57'lik bir metanol verimliliğine ulaşıldı. Bu süreçte açığa çıkan etilen, propan ve hidrojen gazı gibi yan ürünler de atık olmaktan çıkıp, plastiklerin yapı taşı ve geleceğin yakıtı olarak değerlendiriliyor.