اختراع محفزٍ جديد يحوّل غاز الطبخ إلى وقودٍ سائلٍ

ترجمة: عبدالحميد شكري.

طور باحثون من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية محفزاً عالي الكفاءة يمكنه تحويل غاز البروبان إلى هيدروكربوناتٍ أثقل، حيث يُسرع تفاعلاً كيميائياً يُعرف بالتحلل المزدوج للألكان إلى حدٍ كبيرٍ، والذي يمكن استخدامه لإنتاج وقودٍ سائلٍ.

يعمل المحفز عن طريق إعادة ترتيب البروبان الذي يحتوي على ثلاث ذرات كربونٍ إلى جزيئاتٍ أخرى، مثل البيوتان (الذي يحتوي على أربع ذرات كربون)، البنتان (خمس ذرات كربون)، والإيثان (بذرتي كربون). يقول الدكتور مانوجا سامانتاراي من مركز التحفيز بجامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية: “هدفنا هو تحويل الألكانات ذات الوزن الجزيئيّ الأقل إلى ألكانات قيمةٍ في نطاق الديزل”.

يوجد في قلب المحفز مركباتٍ من معدنين هما التيتانيوم والتنغستن، والذين يرتبطان بسطح السيليكا عبر ذرات الأكسجين على سطح الجسيمات، والاستراتيجية التي استخدمت كانت التحفيز بواسطة التصميم. حيث أظهرت الدراسات السابقة أن المحفزات أحادية المعدن شاركت في وظيفتين: من الألكان إلى الأوليفين (هيدروكربون إثيليني)، ومن ثم الأوليفين إلى التحلل المزدوج للأوليفن، واختير التيتانيوم بسبب قدرته على تنشيط رابطة الكربون والهيدروجين للبارافينات لتحويلها إلى أولفيناتٍ، كما اختير التغستن بسبب نشاطه الكبير في تفاعل التحلل المزدوج للأولفين.

لصنع المحفز، قام الفريق بتسخين السيليكا لإزالة أكبر قدرٍ ممكنٍ من الماء ومن ثم أضافوا التنغستن سداسيّ الميثيل والتيتانيوم رباعيّ البينتيل، فشكلوا مسحوقاً أصفر فاتحاً، ودرس الباحثون المحفز باستخدام مطياف الرنين النوويّ المغناطيسيّ ليظهر أن ذرات التنغستن والتيتانيوم تقعان بالقرب من بعضها جداً على سطح السيليكا، أي تقريباً في حدود ≈ 0.5 نانو متر.

اختبر الباحثون بعد ذلك المحفز من خلال تسخينه لـ 150 درجةٍ مئويةٍ مع البروبان لثلاثة أيامٍ، وذلك بقيادة مدير المركز جين-ماري باسيت والذي يعمل بشكلٍ وثيقٍ مع سامانتاراي. وبعد تحسين أوضاع التفاعل عن طريق السماح للبروبان بالتدفق باستمرار على المحفز على سبيل المثال، وجدوا أن النواتج الرئيسية للتفاعل كانت اللإيثان والبروبان وأن كل زوجٍ من ذرات التنغستن والتيتانيوم يمكن أن يحفز ما معدله 10,000 دورةٍ قبل أن تفقد نشاطها. ويعد “عدد الدوران” هذا الأعلى إطلاقاً لتفاعل التحلل المزدوج للبروبين.

يقترح الباحثون أن نجاح المحفز من خلال التصميم يعود إلى التأثير التعاونيّ المتوقع بين المعدنين. ففي البداية، تزيل ذرة التيتانيوم ذرات الهيدروجين من البروبان لتشكّل البروبين، ثم تكسر ذرة التنغستن المجاورة الرابطة المزدوجة لذرتي الكربون في البروبين المكشوف، لصنع شظايا يمكنها أن تندمج مجدداً لتشكل هيدروكربوناتٍ أخرى. كما لاحظ الباحثون أيضاً أن مسحوقَيْ المحفز التي تحتوي على التنغستين أو التيتانيوم فقط كان أداؤها ضعيفاً للغاية؛ وحتى عندما خُلط هذان المسحوقان مادياً معاً، لم يتطابق أداؤهما مع المحفز التعاونيّ.

يأمل الفريق أن يصمموا محفزاً أفضل بعددٍ دورانٍ أعلى وعمرٍ أطول. حيث يقول سامانتاراي: “نعتقد أنه في المستقبل القريب، يمكن أن تتبنى الصناعة نهجنا لإنتاج ألكاناتٍ في نطاق الديزل وبشكلٍ عامٍ التحفيز من خلال التصميم”.

المصدر: (discovery.kaust)

البروبان (propane)
التنغستن (Tungsten)
التيتانيوم (titanium)
ألكان (alkane)
هيدروكربونات (hydrocarbons)
جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (KAUST)
البيوتان (butane)
البنتان (pentane)
الإيثان (ethane)
مانوجا سامانتاراي (Manoja Samantaray)
مركز التحفيز بجامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (KAUST Catalysis Center)
الأوليفين (هيدروكربون إثيليني) (olefin)
البارافينات (paraffins)
التنغستن سداسيّ الميثيل (hexamethyl tungsten)
التيتانيوم رباعيّ البينتيل (tetraneopentyl titanium)
الرنين النوويّ المغناطيسيّ (nuclear magnetic resonance (NMR))
جين-ماري باسيت (Jean-Marie Basset)
البروبين (propene)

Comments are closed.