Chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu bằng công nghệ mới

01/04/2014

Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Scripps đã phát minh một phương pháp sản xuất khí thiên nhiên mới và hiệu quả hơn có khả năng chuyển hóa các thành phần chất khí chính trong khí thiên nhiên thành các nhiên liệu và hóa chất hữu ích

Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Scripps (TSRI) (Hoa Kỳ) đã phát minh một phương pháp sản xuất khí thiên nhiên mới và hiệu quả hơn có khả năng chuyển hóa các thành phần chất khí chính trong khí thiên nhiên thành các nhiên liệu và hóa chất hữu ích - hướng tới các nguồn năng lượng và vật liệu rẻ hơn, phong phú hơn, và ít khí thải hơn.

Giáo sư Roy Periana tại TSRI - người đứng đầu nghiên cứu, đã sử dụng một loại hóa chất “thông minh” và các vật liệu phi truyền thống cho phép chuyển hóa khí thiên nhiên thành các sản phẩm lỏng ở nhiệt độ thấp hơn so với các phương pháp thông thường.

“Chúng tôi đã phát hiện ra một lớp kim loại giá rẻ hoàn toàn mới cho phép chúng tôi xử lý mê tan, và các loại khí ankan khác trong khí tự nhiên, ê tan và prôban, ở nhiệt độ khoảng 180oC hoặc thấp hơn, thay vì ở nhiệt độ hơn 500oC trong các chu trình xử lý hiện nay. Điều này mở ra tiềm năng sản xuất các loại nhiên liệu và hóa chất với mức chi phí thấp”, Periana cho biết.

Những thách thức

Mê tan là hợp chất nhiều nhất của khí thiên nhiên. Tuy nhiên, việc chuyển hóa khí mê tan thành một sản phẩm lỏng đa dạng, hữu ích vẫn là một quá trình phức tạp và tốn kém mặc dù đã có thay đổi so với quy trình ban đầu được phát triển trong những năm 1940. Nhưng với sự bùng nổ khai thác khí thiên nhiên ngày nay, cần có những quy trình mới để chuyển hóa khí mê tan thành nhiên liệu và hóa chất có thể cạnh trạnh được với việc sản xuất từ dầu mỏ.

Mê tan, ê-tan và proban, là những thành phần chính của khí thiên nhiên, thuộc lớp phân tử gọi là ankan, là các hydrocacbon đơn giản nhất và là một trong những nguồn năng lượng và vật liệu phong phú nhất, sạch nhất. Tuy nhiên, chi phí vận chuyển cao và việc chuyển hóa các ankan này thành các dạng hữu ích khác chẳng hạn như xăng, rượu hoặc olefin lại rất đắt kém và thường không mang lại hiệu quả.

Bản chất của công nghệ chuyển hóa ankan trong khí thiên nhiên là sự liên kết hóa học của nguyên tử các bon và hydro. Do các liên kết này có độ bền cao, nên các quy trình chuyển hóa các phân tử ankan hiện nay cần sử dụng nhiệt độ cao (hơn 500oC) khiến chi phí sản xuất cao, phát thải cao và hiệu quả thấp.

Việc phát triển quy trình hóa học chuyển hóa liên kết cácbon – hydro của ankan ở nhiệt độ thấp (thấp hơn 250oC), có chọn lọc mang lại sự thay đổi lớn trong công nghệ sản xuất năng lượng và vật liệu.

Giải pháp tinh tế

Nhiều thập kỷ qua, Periana đã theo đuổi tìm kiếm các giải pháp năng lượng thân thiên môi trường, giá thành thấp và đã thiết kế được một số hệ thống hiệu quả nhất để chuyển hóa ankan hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Tuy nhiên, các hệ thống thế hệ đầu tiên sử dụng các kim loại quý hiếm như bạch kim, paladin, rođi, vàng vừa đắt tiền lại ít sử dụng rộng rãi. “Điều chúng tôi muốn là các nguyên tố phong phú hơn và rẻ tiền hơn có thể thực hiện cùng quy trình hóa học ở điều kiện thực tế hơn. Chúng tôi cũng muốn tìm ra các vật liệu có thể chuyển hóa khí mê tan cũng như các thành phần chính khác trong khí thiên nhiên như ê tan và proban”. Brian G. Hashiguchi, tác giả thứ nhất của nghiên cứu này, cho biết.

Trong quá trình tiếp cận vấn cả về mặt lý thuyết và thực tế, nhóm nghiên cứu đột nhiên phát hiện thấy các kim loại rẻ tiền được gọi là nhóm các nguyên tố chính, một vài trong số đó là các phụ phẩm của quá trình chế biến những quặng nhất định. Ví dụ, một trong những vật liệu có thể được làm từ điôxít chì thông thường, một hợp chất tổng hợp được sử dụng trong sản xuất diêm và pháo hoa.

“Phản ứng của các ankan với lớp vật liệu này rất lạ thường. Chúng có thể phản ứng với khí mê tan, ê tan cũng như proban ở nhiệt độ thấp với sự chọn lựa đặc biệt - và sản xuất ra các loại cồn tương ứng là các sản phẩm mong muốn duy nhất. Những sản phầm này đều là những hóa chất tiêu dùng chính và cũng là nguồn vật liệu rẻ tiền, lý tưởng cho sản xuất nhiên liệu và nhựa”. Periana cho biết.

Nếu phát triển thành công, quy trình sản xuất mới sử dụng các kim loại này có thể cho phép những bể khí thiên nhiên to lớn được sử dụng làm nguồn thay thế cho nhiên liệu và hóa chất.

Theo Phys.Org

Chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu bằng công nghệ mới

Thông báo nhận hồ sơ các Giải thưởng hiệu quả năng lượng năm 2024

Điện khí hóa lò cao tiết kiệm năng lượng trong sản xuất thép

Bản quyền thuộc Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, Bộ Công Thương