新しいセラミック膜により、CO2 を排出せずに天然ガスを初めて液体に直接変換できるようになりました

2016 年 8 月 5 日

クアーズテック膜科学社製

クアーズテック膜科学、オスロ大学 (ノルウェー)、およびキミカ技術研究所 (スペイン) の科学者チームは、芳香族化学物質の原料として天然ガスを使用する新しいプロセスを開発しました。 このプロセスでは、新しいセラミック膜を使用して、ガスから液体への直接的な非酸化変換を初めて可能にし、コストを削減し、複数のプロセスステップを排除し、二酸化炭素（CO2）の排出を回避します。 得られる芳香族前駆体は、とりわけ、断熱材、プラスチック、織物、ジェット燃料などの貴重な製品の原料となる化学物質です。

バイオガスや天然ガスの主成分であるメタンの直接活性化は、数十年にわたり炭化水素研究コミュニティの重要な目標でした。 この新しいプロセスは、2016 年 8 月 5 日号の Science の「触媒共イオン膜反応器におけるメタンから芳香族化合物への直接変換」と題された研究論文で詳しく説明されています。

「今日の石油、ガス、石油化学産業の規模を考えてみてください」と、スペインのバレンシアにある炭化水素触媒の有力な研究機関であるキミカ技術研究所 (ITQ) の教授であり、サイエンス誌に報告。 「原油の代わりに天然ガスから燃料や化学薬品を製造する新しいセラミック膜反応器を使えば、炭化水素のバリューチェーン全体が大幅に安価になり、よりクリーンでスリムになる可能性があります。」

「水素の除去と酸素の注入を同時に行うセラミック膜を使用することで、ワンステッププロセスでメタンから液体炭化水素を直接製造することができました。さらに、このプロセスでは副産物として高純度の水素ストリームも生成されます。 」とセラ教授は説明する。 「マクロレベルでは、非常にシンプルです。クリーンで安価なプロセスを通じて、安価で豊富なガスが流入し、貴重な液体が排出されます。しかし、ナノ化学レベルでは、分子が約700℃の温度で触媒や膜と相互作用します。新しいプロセスを機能させるために必要な特定の貴重な分子だけをレンダリングするために、多くの要素を設計および制御する必要がありました。」

メタンは世界の炭化水素資源の大部分を占めていますが、この資源の多くは経済的に実行可能な市場への道がなく立ち往生しています。 工業的な変換に利用できる場合でも、メタン分子の安定性が高いため、合成ガス処理として知られるメタンの活性化に酸素または蒸気を使用する大規模化学プラントでの多段階処理に関連したエネルギー損失が発生します。

温度と圧力は歴史的に、化学者やエンジニアが反応を制御するために使用できる主なパラメーターでした。 触媒は、化学平衡限界を超えて反応を促進することなく、速度と選択性を向上させることができます。 セラミックイオン伝導膜を反応器に組み込むことにより、強い熱力学的制約により現実的ではない工業的に魅力的なプロセスの生産性を向上させることができます。

セラミック膜は、大きな砂の堆積物内で見つかるバリウムやジルコニウムなどの豊富な材料から作られ、ニッケルや銅などの豊富な金属の薄い電極触媒層が追加されています。

クアーズテック・メンブレン・サイエンシズのマネジング・ディレクター、ペル・ヴェストル氏は、「大量生産により、従来のガス処理用触媒反応器と比べてコスト競争力のある活性セラミックから膜反応器を製造できる」と述べた。 「原子炉のコストは同等ですが、この新しいプロセスによって可能になる結果は、化学品製造にかかる財務コストと環境コストの両方を大幅に改善する可能性を秘めており、これによって世界は目に見えて改善されるとクアーズテックは信じています。」

詳しくは： SH Morejudo et al、触媒共イオン膜反応器におけるメタンの芳香族化合物への直接変換、サイエンス (2016)。 DOI: 10.1126/science.aag0274

雑誌情報:科学

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