セントラルフロリダ大学の研究者たちは現在、メタンをエネルギーや有用な材料に変換しています。メタン利用技術の進歩は、ナノテクノロジストのローレン・テタード氏と触媒の専門家リチャード・ブレア氏の協力により実現しました。強力な温室効果ガスであるメタンをこの目的に使用する革新的な方法が開発されました。この技術は、可視光と特殊な触媒を使用して、炭素を放出することなくメタンから水素を生成します。この技術により、非常に小さなスケールで精密な炭素構造を作成することも可能になり、多くの貴重な用途に使用できます。
セントラルフロリダ大学（UCF）の研究者2人が、有害な温室効果ガスであるメタンからエネルギーと材料を生成する革新的な技術を考案することに成功した。UCFによるこの新しいイノベーションにより、 グリーンエネルギーの生産に使用されるメタンこれにより、 高性能材料の創出 バイオテクノロジー、スマートデバイス、太陽電池、その他のデバイス向け。過去 10 年間、ナノテクノロジストのローレン・テタード氏と触媒の専門家リチャード・ブレア氏は UCF で共同研究を行い、一連の革新的な発明を生み出してきました。
ローレン・テタール また、UCF 物理学科の准教授および副学科長であり、ナノサイエンス技術センターの研究員でもあります。 リチャード・ブレア カリフォルニア大学サンフランシスコ校（UCF）フロリダ宇宙研究所の研究教授です。
米国環境保護庁によると、28 年間で見ると、メタンはもう 100 つの重要な温室効果ガスである二酸化炭素よりも XNUMX 倍も地球の大気に影響を及ぼすそうです。メタンは二酸化炭素に比べて大気中での寿命が短いにもかかわらず、より多くの放射線を閉じ込めることができます。大気中へのメタン放出の大きな要因としては、エネルギーおよび産業活動、農業活動、および埋立地の存在が挙げられます。
強力なコラボレーション
経験豊富な研究協力者として、テタード氏とブレア氏は、古くから言われている次の格言をよく知っています。 「最初に成功しなくても、何度も挑戦しなさい。」
テタード氏はこう語った。 「本当に面白い結果が出るまでには時間がかかりました。最初は、私たちが試みた特徴づけの多くが、思ったようには機能しませんでした。私たちは何度も座って、不可解な観察について話し合いました。」
しかし、彼らは執拗に努力を続け、その揺るぎない決意が最終的に新たな革新という形で報われました。 「リチャードは問題を解決する方法について100万通りのアイデアを持っています。だから最終的にはうまくいく方法を見つけるのです」 テタード氏は付け加えた。
強化された、より環境に優しい水素製造方法の導入
最初の発明は、革新的なアプローチで 炭化水素から水素を生成するメタンなどの二酸化炭素を排出せず、二酸化炭素排出量をほぼゼロにします。
イノベーション 利用に焦点を当てる レーザー、ランプ、太陽光源などの可視光と欠陥を加工したホウ素を多く含む光触媒を組み合わせたアプローチです。このアプローチはナノスケール材料の驚くべき能力を示しており、可視光の助けを借りてメタンなどの炭化水素を捕捉して変換することができます。 欠陥エンジニアリング 不規則な構造を持つ材料の作成が含まれます。
二酸化炭素、一酸化炭素、またはより高次の多環芳香族化合物などの特定の汚染物質は、従来の触媒で高温で反応が起こると一般的に発生します。しかし、UCFの発明によって生成される水素は これらの汚染物質を含まない.
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このように、研究者はメタンを不純物のないエネルギーや有用な材料に変換します。開発により、 触媒のコストを削減する エネルギー生産に利用され、 光触媒変換を高める 可視範囲内で、 利用を最適化する 触媒用の太陽エネルギーの利用。市場における水素の可能性のある用途としては、メタンの捕獲と変換における大規模な用途や、太陽光発電所への関与などが挙げられます。
リチャード・ブレアはこう言った。 「この発明は実は2つのメリットがあります。グリーン水素を得て、メタンを除去（実際には隔離ではない）するのです。メタンを水素と純粋な炭素に加工し、バッテリーなどに使用できるようにしているのです。」
彼によれば、メタンと水、そして高温が 伝統的に使用されている 水素製造において、このプロセスは水素製造と同時に二酸化炭素を排出します。
ブレア氏はこう付け加えた。 「私たちのプロセスは、温室効果ガスであるメタンを、温室効果ガスではない何か、そして水素と炭素という2つの価値ある製品に変換します。そして、私たちは循環からメタンを取り除きました。」
観察されたのは、 UCF の Exolith Lab 太陽光の力を利用してメタンガスから水素を生成することに成功しました。これはすべて、堅牢な太陽光集光システムの導入によって可能になりました。彼は、電力源が豊富な国でも、メタンと太陽光を利用することでこの発明を活用できると示唆しています。メタンは、石油や天然ガスシステムのほか、埋立地、工業地帯、農業地帯、廃水処理場などの場所に存在します。
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汚染のないカーボンナノまたはマイクロ構造の製造
テタードとブレアの技術 ナノスケールとマイクロスケールで精密な炭素構造を作り出す 光と欠陥を加工した光触媒を使用します。例としては、一酸化炭素、エタン、メタン、プロパン、プロペンなどがあります。
ローレン・テタードはこう言った。 「ポリマー 3D プリンターの代わりにカーボン 3D プリンターを持っているようなものです。このようなツールがあれば、現在では不可能なカーボン スキャフォールディングの設計も可能になるかもしれません。夢は、メタンから高性能カーボン材料を作ることですが、これは現在あまりうまくいっていないのです。」
「つまり、この発明は、メタンからそのような材料を大規模な産業規模で持続可能な方法で製造する方法となるだろう」 ブレア氏は付け加えた。
生成された炭素構造は 小さくてよく構造化された正確なサイズとパターンで精密な配置が可能になりました。ブレア氏は次のように語っています。 「今、医療機器や新しい化学センサーなど、高額な用途について話しているところです。これはあらゆる種類の製品を開発するためのプラットフォームになります。用途は想像力によってのみ制限されます。」
研究者はメタンをエネルギーや有用な材料に変換しているが、まだ調整が必要な部分がある。成長プロセスはさまざまな波長で調整できるため、設計方法にはさまざまなレーザーや太陽光照明を組み込む可能性があり、テタードの研究室ではサイズを縮小しようとしている。テタードは次のように述べた。 「私たちは、このプロセスから学び、さらに小さな規模でも機能させる方法、つまり小さな体積内で光を制御する方法を考えようとしています。」
「現在、私たちが作り出す光の焦点体積がマイクロサイズなので、構造のサイズはマイクロスケールです。」したがって、微小体積内で光を制御できれば、ナノサイズの物体を成長させて、1000倍小さいパターン化されたナノ構造を作ることができるかもしれません。これは、将来的に実装することを考えています。そして、それが可能になれば、それを使ってできることはたくさんあります。」 テタード氏は付け加えた。
