Low-energy carbon activation process could replace methane flaring / Il processo di attivazione a bassa energia di carbonio potrebbe sostituire il flusso di metano

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Methane activation could replace wasteful flaring in oil extraction, converting the gas into useful  liquid products. / L'attivazione del metano potrebbe sostituire la combustione sprecata nell'estrazione 

del petrolio, convertendo il gas in utili prodotti liquidi.

University of Liverpool develops process that converts methane and CO₂ into reactive organic chemicals, holding promise for renewable energy storage in chemical form
Known as carbon activation, the conversion of carbon dioxide and methane into useful compounds like fuels or polymers has long been a goal of the chemical industry. Both compounds are in ready supply, and both are potent greenhouse gases contributing to climate change — methane having a far more potent greenhouse potential than CO₂ — but both are extremely stable and therefore difficult to persuade to react without using high temperatures and pressures — themselves difficult to achieve without using more energy.
The Liverpool team, led by electrical engineer Xin Tu, has devised a process that converts a mixture of methane and CO₂ to acetic acid in a single step. Taking place at room temperature and atmospheric pressure, the process involves a non-thermal plasma — an electrically-charged gas mixture — to use the methane as a source of hydrogen. In a paper in the journal Angewandte Chemie, the team says that this reaction is almost impossible to achieve by heating the gas mixture, even using a catalyst because the thermodynamic barrier is so high.
In a non-thermal plasma, the gas temperature remains low but electrons are highly energetic. The team devised a plasma reactor, consisting of two concentric glass tubes, the inner of which was lined with a stainless steel electrode; the space between the two tubes was filled with water which served two purposes — acting as a ground electrode and removing heat from the system as the mixture of methane and CO2 was pumped through the inner cylinder and a voltage applied to the steel electrode to create the electrical discharge to generate a plasma, which flowed through a platinum, gold or copper catalyst, supported on pellets of porous aluminium oxide material which was packed into the inner tube.
“These results clearly show that non-thermal plasmas offer a promising solution to overcome the thermodynamic barrier for the direct transformation of CH₄ and CO₂ into a range of strategically important platform chemicals and synthetic fuels at ambient conditions,” said Tu. “Introducing a catalyst into the plasma chemical process, known as plasma-catalysis, could tune the selectivity of target chemicals.”
An advantage of plasma systems is that they can easily be scaled up, and are easier than thermal processes to start up and shut down, as they reach a steady state quickly and have fast reaction rates. This means that they use less energy than thermal processes, and can potentially be powered by renewable sources like solar or wind, with the compounds formed acting effectively as a type of chemical energy storage.
“This is a major breakthrough technology that has great potential to deliver a step-change in future methane activation, CO₂ conversion and utilization and chemical energy storage, which is also of huge relevance to the energy & chemical industry and could help to tackle the challenges of global warming and greenhouse gas effect,” Tu said.
One particular application could be to replace the flaring of excess methane from oil wells, instead of converting the methane into useful liquid fuels or chemical that can be easily stored or transported.

ITALIANO

L'Università di Liverpool sviluppa un processo che converte metano e CO2 in sostanze chimiche organiche reattive, mantenendo lepromesse per lo stoccaggio di energia rinnovabile in forma chimica
Conosciuto come attivazione del carbonio, la conversione di anidride carbonica e metano in composti utili come carburanti o polimeri è da tempo un obiettivo dell'industria chimica. Entrambi i composti sono in pronta disponibilità e entrambi sono potenti gas ad effetto serra che contribuiscono al cambiamento climatico - il metano ha un potenziale di serra molto più potente della CO2 - ma entrambi sono estremamente stabili e quindi difficili da persuadere a reagire senza usare temperature e pressioni elevate - sono difficili da raggiungere senza utilizzare più energia.
Il gruppo di Liverpool, guidato dall'ingegnere elettrico Xin Tu, ha elaborato un processo che converte una miscela di metano e CO2 in acido acetico in un solo passaggio. Prendendo luogo a temperatura ambiente e pressione atmosferica, il processo prevede un plasma non termico - una miscela di gas elettricamente carica - per utilizzare il metano come fonte di idrogeno. In un articolo della rivista Angewandte Chemie, il gruppo dice che questa reazione è quasi impossibile per riscaldare la miscela di gas, anche utilizzando un catalizzatore perché la barriera termodinamica è così alta.
In un plasma non termico, la temperatura del gas rimane bassa ma gli elettroni sono molto energici. Il gruppo ha ideato un reattore a plasma, costituito da due tubi di vetro concentrici, il cui interno era rivestito da un elettrodo in acciaio inossidabile; lo spazio tra i due tubi è stato riempito con acqua che ha due scopi - agendo come un elettrodo di terra e rimuovendo il calore dal sistema come la miscela di metano e CO2 è stata pompata attraverso il cilindro interno e una tensione applicata all'elettrodo di acciaio per creare la scarica elettrica per generare un plasma che ha attraversato un catalizzatore di platino, oro o rame, sostenuto su pellet di materiale di ossido di alluminio poroso imballato nel tubo interno.
"Questi risultati mostrano chiaramente che le placche non termiche offrono una soluzione promettente per superare la barriera termodinamica per la trasformazione diretta di CH4 e CO2 in una gamma di sostanze chimiche di piattaforma strategiche e di combustibili sintetici a condizioni ambientali", ha affermato Tu. "L'introduzione di un catalizzatore nel processo chimico plasmatico, noto come catalisi plasmatica, potrebbe sintonizzare la selettività dei prodotti chimici bersaglio".
Un vantaggio dei sistemi al plasma è che possono essere facilmente scalati e sono più semplici per avviare e arrestare i processi termici, in quanto raggiungono rapidamente uno stato stazionario e hanno velocità di reazione veloci. Ciò significa che utilizzano meno energia dei processi termici e possono essere alimentati da fonti rinnovabili come il solare o il vento, con i composti formati agendo efficacemente come un tipo di immagazzinamento di energia chimica.
"Questa è una grande innovazione tecnologica che ha un grande potenziale per riuscire a realizzare in futuro l'attivazione di metano, la conversione e l'utilizzazione di CO2 e l'immagazzinamento di energia chimica, che è anche di enorme importanza per l'industria energetica e chimica e potrebbe contribuire ad affrontare le sfide del riscaldamento globale e dell'effetto serra ", ha detto Tu.
Una particolare applicazione potrebbe essere quella di sostituire la fuoriuscita di metano in eccesso dai pozzi di petrolio, con la trasformazione invece del metano in combustibili liquidi utili o chimici facilmente immagazzinabili o trasportabili

Da:

https://www.theengineer.co.uk/349252-2/?cmpid=tenews_4087057&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E