Naukowcy z University of Central Florida obecnie przetwarzają metan na energię i użyteczne materiały. Postęp w technologii wykorzystania metanu nastąpił dzięki współpracy Laurene Tetard, nanotechnolog, i Richarda Blaira, eksperta od katalizy. Opracowano innowacyjne metody wykorzystania metanu, silnego gazu cieplarnianego, w tym celu. Ta technika wykorzystuje światło widzialne i specjalne katalizatory do wytwarzania wodoru z metanu bez uwalniania węgla. Technologia ta umożliwia również tworzenie precyzyjnych struktur węglowych w bardzo małej skali, które mogą być wykorzystywane w wielu cennych zastosowaniach.
Para naukowców z University of Central Florida (UCF) z powodzeniem opracowała innowacyjne techniki wytwarzania energii i materiałów z metanu, szkodliwego gazu cieplarnianego. Innowacja UCF umożliwia wykorzystanie metanu do produkcji zielonej energii . Przyczyni się to do dalszego rozwoju wysokowydajnych materiałów dla biotechnologii, urządzeń inteligentnych, ogniw słonecznych i innych urządzeń. Od dekady nanotechnolog Laurene Tetard i ekspert w dziedzinie katalizy Richard Blair współpracują w badaniach na UCF, czego efektem jest szereg innowacyjnych wynalazków.
Laurene Tetard jest również profesorem nadzwyczajnym i zastępcą kierownika Katedry Fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Florydzie, a także badaczką w Centrum Technologii Nanonauki. Richard Blair jest profesorem badawczym w Florida Space Institute na Uniwersytecie Kalifornijskim w Florydzie.
Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska, metan ma 28 razy większy wpływ na atmosferę Ziemi niż dwutlenek węgla, inny znaczący gaz cieplarniany, w okresie 100 lat. Metan jest w stanie zatrzymać więcej promieniowania, mimo że ma krótszy okres życia w atmosferze w porównaniu z dwutlenkiem węgla. Istotnymi czynnikami przyczyniającymi się do uwalniania metanu do atmosfery są energetyka i działalność przemysłowa, praktyki rolnicze i obecność wysypisk śmieci.
Silna współpraca
Tetard i Blair, jako doświadczeni współpracownicy naukowi, doskonale znają stare powiedzenie: „Jeśli nie uda ci się za pierwszym razem, spróbuj jeszcze raz”.
Tetard powiedział: „Zajęło nam trochę czasu, zanim osiągnęliśmy naprawdę ekscytujące rezultaty. Na początku wiele z naszych prób nadania postaci charakteru nie działało tak, jak chcieliśmy. Wielokrotnie siadaliśmy do dyskusji na temat zagadkowych obserwacji”.
Jednak wytrwali nieugięcie, a ich niezachwiana determinacja ostatecznie nagrodziła ich nowymi innowacjami. „Richard ma milion różnych pomysłów na rozwiązanie problemów. Więc w końcu znaleźliśmy coś, co działa” – dodał Tetard.
Przedstawiamy ulepszone i bardziej ekologiczne podejście do produkcji wodoru
Pierwotny wynalazek dotyczył nowatorskiego podejścia do wytwarzania wodoru z węglowodorów , takich jak metan, przy jednoczesnym wyeliminowaniu uwalniania gazu węglowego.
Innowacja koncentruje się na wykorzystaniu światła widzialnego, takiego jak lasery, lampy czy źródła słoneczne, oraz fotokatalizatorów bogatych w bor, opracowanych metodą inżynierii defektów. To podejście ukazuje niezwykłe możliwości materiałów nanometrycznych, umożliwiając wychwytywanie i konwersję węglowodorów, takich jak metan, za pomocą światła widzialnego. Inżynieria defektów polega na tworzeniu materiałów o nieregularnych strukturach.
Niektóre zanieczyszczenia, takie jak dwutlenek węgla, tlenek węgla czy wyższe związki poliaromatyczne, są powszechnie obecne w reakcjach zachodzących na konwencjonalnych katalizatorach w wyższych temperaturach. Jednak wodór wytwarzany przez wynalazek UCF jest wolny od tych zanieczyszczeń.
Zobacz także : Czym jest uwodorniony krzem amorficzny?
W ten sposób naukowcy przetwarzają metan w energię i użyteczne materiały wolne od zanieczyszczeń. Rozwój ten ma potencjał obniżenia kosztów katalizatorów wykorzystywanych w produkcji energii, usprawnienia konwersji fotokatalitycznej w zakresie widzialnym oraz optymalizacji wykorzystania energii słonecznej do katalizy. Możliwe zastosowania wodoru na rynku obejmują zastosowania na dużą skalę w wychwytywaniu i konwersji metanu, a także udział w farmach słonecznych.
Richard Blair powiedział: „Ten wynalazek to tak naprawdę dwa w jednym. Otrzymujesz zielony wodór i usuwasz – nie do końca sekwestrujesz – metan. Przetwarzasz metan w sam wodór i czysty węgiel, który można wykorzystać na przykład do produkcji baterii”.
Według niego, metan i woda, a także wysokie temperatury, były tradycyjnie wykorzystywane do produkcji wodoru. Jednak proces ten wiąże się z emisją dwutlenku węgla, a także produkcją wodoru.
Blair dodał: „Nasz proces przetwarza gaz cieplarniany, metan, w coś, co nie jest gazem cieplarnianym, oraz dwa cenne produkty: wodór i węgiel. Usunęliśmy metan z cyklu”.
Zaobserwowano, że laboratorium Exolith na Uniwersytecie Kalifornijskim w Florydzie (UCF) z powodzeniem wykorzystało energię światła słonecznego do wytwarzania wodoru z metanu, co było możliwe dzięki wdrożeniu solidnego systemu koncentratorów słonecznych. Sugeruje on, że kraje nieposiadające obfitych źródeł energii mogłyby wykorzystać ten wynalazek, wykorzystując metan i światło słoneczne. Metan występuje w miejscach takich jak wysypiska śmieci, tereny przemysłowe i rolnicze oraz oczyszczalnie ścieków, a także w systemach wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego.
Czy wiesz, że południowoafrykańscy naukowcy wykorzystują zielony wodór do produkcji LFG?
Produkcja nanostruktur lub mikrostruktur węglowych bez zanieczyszczeń
Technologia Tetarda i Blaira pozwala tworzyć precyzyjne struktury węglowe w skali nano i mikro, wykorzystując światło i fotokatalizator z defektami. Przykładami takich struktur są tlenek węgla, etan, metan, propan i propen.
Laurene Tetard powiedziała: „To tak, jakby mieć drukarkę 3D z włókna węglowego zamiast drukarki 3D z polimerów. Jeśli będziemy mieli takie narzędzie, być może uda nam się stworzyć nawet projekty rusztowań z włókna węglowego, które są dziś niemożliwe do zrealizowania. Marzeniem jest wytwarzanie wysokowydajnych materiałów węglowych z metanu, co obecnie nie jest zbyt dobrze realizowane”.
„Wynalazek ten umożliwiłby zrównoważoną produkcję takich materiałów z metanu na dużą skalę przemysłową” – dodał Blair.
Wytworzone struktury węglowe są małe i dobrze ustrukturyzowane , co pozwala na precyzyjne układanie z zachowaniem dokładnych rozmiarów i wzorów. Blair powiedział: „Mówimy teraz o kosztownych zastosowaniach, być może w urządzeniach medycznych lub nowych czujnikach chemicznych. Staje się to platformą do opracowywania wszelkiego rodzaju produktów. Zastosowanie jest ograniczone jedynie wyobraźnią”.
Naukowcy przekształcają metan w energię i użyteczne materiały, ale wciąż konieczne są pewne modyfikacje. Metody projektowania mają potencjał, aby uwzględniać szereg laserów lub oświetlenie słoneczne, ponieważ proces wzrostu można regulować przy różnych długościach fal, a laboratorium Tetarda dąży do zmniejszenia rozmiarów. Tetard powiedział: „Staramy się znaleźć sposób na naukę tego procesu i sprawdzenie, jak moglibyśmy go wykorzystać nawet w mniejszej skali – kontrolować światło w niewielkiej objętości”.
„Obecnie rozmiary struktur są mikroskalowe, ponieważ ogniskowa objętość światła, którą tworzymy, jest mikrorozmiarowa”. Zatem, jeśli uda nam się kontrolować światło w niewielkiej objętości, być może uda nam się wyhodować obiekty nanorozmiarowe, aby uzyskać wzorzyste nanostruktury tysiąc razy mniejsze. To coś, co rozważamy wdrożyć w przyszłości. A jeśli stanie się to możliwe, będzie wiele rzeczy, które będziemy mogli z tym zrobić” – dodał Tetard.
