Как можно использовать природный газ? Только в качестве топлива? На самом деле из него можно производить разнообразные спирты. Долгое время этого не делали, потому что данный процесс был слишком дорогим и энергоемким. Однако недавно американские химики нашли способ достаточно сильно удешевить подобное производство, применив новый катализатор.
На первый взгляд, сама постановка вопроса кажется достаточно абсурдной — зачем делать из газа спирт, когда его можно произвести из практически любого сахара посредством брожения, а также из ряда других органических веществ? Не лучше ли использовать газ по его прямому назначению, то есть в качестве топлива, а спирт получать традиционным путем? Однако, если разобраться в данном вопросе поглубже, то станет ясно, что все не так уж однозначно, как кажется на первый взгляд.
Начнем с того, что сейчас в основном спирт производят двумя путями — либо, как это уже говорилось, при помощи брожения, либо в результате гидролиза целлюлозы. В первом случае на производство данного вещества расходуются ценные продукты питания, такие как зерна сельскохозяйственных злаков, клубни картофеля и т. п. Однако в связи с продолжающимся глобальным потеплением и угрозой продовольственного кризиса становится ясно, что насколько неразумно и расточительно употреблять на изготовление спирта такое сырье, которое может накормить сотни тысяч людей.
Читайте также: Алхимия сегодня: железо "назначили" платиной
Что касается гидролизного способа, то он напрямую связан с вырубкой лесов, которая, увы, приобретает масштабы всепланетной катастрофы. Опять-таки, в связи с грядущими возможными климатическими изменениями следовало бы поберечь экосистемы, которые могут играть роль хоть какого-то буфера. И здесь возникает интересный момент — для того, чтобы обходиться без продуктов деревообрабатывающей промышленности и не рубить леса в больших количествах, нужно переходить в быту на пластмассы. Ну, а исходным сырьем для этих пластмасс в большинстве случаев является… тот самый спирт.
Именно поэтому (а вовсе не из-за тайного заказа, полученного от ассоциации каких-нибудь самогонщиков) ученые и начали поиски альтернативного сырья для производства спирта — ведь, если таковое будет найдено, то удастся в значительной степени сократить вырубку лесов на планете. И вот химики из Института Скриппса (США) вспомнили о том, что еще в XX веке были разработаны некоторые технологии, позволяющие получать спирт из природного газа. Однако тогда ими мало кто пользовался, поскольку в некоторых случаях процесс требует нагрева до 800˚C, что, без сомнения, делало получающийся спирт весьма и весьма дорогим. В других ситуациях были необходимы катализаторы вроде платины и палладия, которые являются редкими и дорогостоящими металлами (что тоже делало произведенный из газа спирт отнюдь не дешевым).
Впрочем, еще двадцать лет назад профессор Рой Периана, являющийся ведущим автором вышеупомянутой работы, и его коллеги начали поиск катализаторов, которые позволили бы снизить температуру технологического процесса (те самые 800˚C) при получении спирта из газовых углеводородов, причем таких, которые не являлись бы запредельно дорогими веществами. Если говорить коротко, ученые стремились найти такое вещество, которое облегчало бы разрыв связей между атомом углерода и атомами водорода в молекулах метана, этана и пропана, и помогало бы ввести в их молекулы атом кислорода при значительно меньшей температуре. И вот, после долгих поисков было обнаружено, что таковым катализатором может быть таллий — достаточно дешевый металл.
В результате экспериментов было выяснено, что с помощью таллия можно было проводить требуемую реакцию при 180˚C, причем сразу с разными видами газообразных алканов, то есть со смесью метана, этана и других подобных веществ, не отделяя их друг от друга, как это требуется обычно. В результате получались эфиры спиртов этанола, метанола, изопропанола и другие кислородные модификации данных алканов. По мнению ученых, все это возможно потому, что электронная структура таллия упрощает взаимодействие между ним, молекулой газа и растворителем, в котором происходит реакция. Именно поэтому для осуществления реакции требуется куда меньше энергии, чем, к примеру, при использовании дорогой платины.
Что касается таллия, то хоть этот металл и является рассеянным, то есть не образует собственных залежей, однако он достаточно широко распространен на поверхности Земли. Он часто сопутствует меди, свинцу и цинку. А в таком часто встречающемся минерале, как пирит, он может составлять до 25 процентов от его веса. Весьма много таллия и различных глинах, калиевых минералах, таких, как слюда и полевой шпат, а также в природных оксидах марганца и железа. Одним словом, глубоко зарываться в землю или нырять на морское дно за этим металлом совсем не нужно.
Читайте также: Графен очистит воду от любой грязи
Однако ученые не собираются останавливаться на достигнутом — они также хотят попробовать в качестве катализатора реакции диоксид свинца (PbO2), который обладает аналогичными свойствами, что и испытанные ими соединения таллия. Ну, а это вещество является еще более обычным, поэтому при его использовании стоимость производства спирта из природного газа будет еще более низкой…