马克斯·普朗克学会 垃圾填埋场燃烧火炬照片
信用:埃迪·哈格勒/公共领域 这将是三赢——气候、原材料资源和化学工业
柏林马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的科学家们希望通过他们的工作，为从石油生产过程中燃烧的甲烷中提取有用的化学产品(如塑料)奠定基础
他们正在研究如何设计一种比目前更有效地将甲烷转化为乙烯的催化剂
他们现在发现了一条突破性的线索
全球石油生产过程中逸出的约1400亿立方米的甲烷每年都会燃烧
这远远超过德国2019年消耗的约900亿立方米天然气
这不仅加剧了气候变化，也浪费了不可再生的化石燃料
然而，为个别石油生产地点偶然提取的相对少量的甲烷建造管道或液化厂是没有利润的
然而，如果甲烷可以经济地转化为化学工业感兴趣的物质，运输甲烷是值得的
乙烯就是这样一种物质，它是聚乙烯和许多其他产品的原料
这些几乎完全是由原油生产的
不幸的是，将甲烷直接转化为乙烯的化学反应是在高温下进行的
“这不仅耗费大量能源，还会导致大部分甲烷燃烧形成不良副产品二氧化碳，”马普学会弗里茨·哈伯研究所研究小组组长安妮特·特兰施克说
“所以这还不太合理
" 钠是必需的成分 化学家和她的团队想改变这一点
这就是为什么他们把目光放在这个过程的决定性组成部分:由钠、锰、钨和硅制成的催化剂
这有助于甲烷化学转化为乙烯——尽管目前只有700摄氏度
为了开发在较低温度下工作的催化剂(即
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较少的能量输入)并且只促进所需产物的形成，化学家首先需要知道对于该反应来说催化剂中什么是重要的
根据Trunschke小组的研究，这种必需成分是钠
“到目前为止，关于催化剂中的哪种元素对于将甲烷转化为乙烯至关重要，已经有几种理论，”Trunschke说
“令人有点惊讶的是，钠是所有物质中的重要成分，因为它实际上应该在反应的高温下蒸发”
然而，这项研究揭示了一些其他的东西
在高温下，碱金属被转化成具有催化活性的氧化钠
由于氧化物与催化剂的其它组分密切相互作用，因此氧化物仅在短时间内少量释放，从而被阻止蒸发
“这清楚地表明，催化剂的其他组分只需要释放和稳定催化剂的活性形式，”Trunschke说
与工作催化剂的实时连接 研究人员得出这个结论是因为他们是第一个观察催化剂运行的人
他们在一个特别开发的装置中使用拉曼光谱，分析了当反应的原料流过催化剂时，催化剂上产生了哪些物质
“到目前为止，催化剂只在催化前后进行过研究
高温拉曼光谱分析目前只在不起作用的催化剂上进行，”马克西米连·沃尼说，他把这个实验作为他硕士论文的一部分
“利用拉曼光谱，我们首次观察到产品是如何产生的
" 获得甲烷转化为乙烯的实时图像的可能性，以及由钠、锰、钨和硅制成的催化剂的知识，都可以帮助化学家开发在较低温度下工作的化学介质，从而以更有针对性的方式仅生产所需的有用产品，而不生产CO2
一种方法是用其他碱金属代替钠，并测试相应的催化剂是否能在较低的温度下产生乙烯
“你可能需要其他部件来固定住金属，”Trunschke说
然后，她和她的团队将能够遵循候选人的行动模式，寻找替代催化剂
化学家应该能够开发出一种催化剂，这种催化剂将有助于防止石油生产中甲烷的浪费，并至少为气候保护做出一点贡献
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