Metanolekonomin nyckel till en fungerande väteekonomi

George Olah avled den 8 mars i år. Hans sista vetenskapliga rapport (hans testamente kan man säga) publicerades i JACS, Journal of  American Chemical Society, 20170202. Olah nöjde sig inte med den strikt vetenskapliga rapporteringen. Han ville alltid dessutom förklara så ”vanligt folk” förstod. Den viktiga uppgiften förvaltar nu hans lärjunge och efterträdare G K Surya Prakash, som skrivit denna populärversion av nämnda JACS-rapport.

Översättning: J-G Hemming

Bildtext: Forskare vid USC har funnit en väg att reformera metanol till väte utan emission av CO eller CO₂.

Credit: G. K. Surya Prakash

HELA ARTIKELN

Forskare har länge kämpat med produktion och lagring av väte, så att det en dag skulle kunna vara ryggraden i förnybar energi i form av bränsleceller, som driver våra bilar, värmer våra hus och hjälper oss producera mat, på sätt som inte vållar klimatförändring eller annan miljöskada.

I en forskningsrapport publicerad tidigare i år i Journal of American Chemical Society beskrev forskare vid Loker Hydrocarbon Research Institute en kolneutral metod att göra just så, med hjälp av den enklaste alkoholen metanol.

G K Surya Prakash och 1994 års Nobelpristagare i kemi George Olah samt deras team vid nämnda institut i Los Angeles visade i sin sista viktiga rapport ett sätt att producera och lagra väte från metanol, utan konkurrerande produktion av vare sig CO eller CO₂ genom att använda organiska derivat av ammoniak som kallas aminer.

Den välkända processen reformering med ånga används vanligen för att producera väte av metanol (kallas reformering av metanol) och producerar traditionellt CO och CO₂ i denna process. CO₂ är en växthusgas som orsakar global uppvärmning och havsförsurning.

Forskningen visar här ännu ett sätt hur kol kan undvikas i en cykel som producerar och lagrar bränslen via metanol. Det stödjer Olah’s och Prakash’s gamla vision om en helt cirkulär metanolekonomi.

Minskat beroende av kol-emitterande fossila bränslen

”Metanolekonomin” är ett koncept som Olah-Prakash och deras team myntade först i början av 1990-talet, alldeles efter den tid då Olah blev USC’s första Nobelpristagare för sina upptäckter om karbokat-jonerna, det ord Olah själv använde för joner med en positivt laddad kolatom. Enligt Olah och Prakash skulle målet för en metanolbaserad ekonomi vara att utveckla förnybara energikällor, främst metanol, som skulle kunna mildra problemet med klimatförändring orsakad av kol-emissioner, liksom USA’s beroende av andra länder för sin energiförsörjning, särskilt olja. Behovet av motvikt till oljekonsumtionen har först vuxit under decennierna efter det att Olah och Prakash började sin forskning. På den tiden var global oljekonsumtion runt 70 miljoner fat om dagen. Den siffran förväntas vara ca 100 miljoner fat redan nästa år.

Länder som Kina har redan börjat sin övergång bort från petroleum. I seklets början var metanolanvändningen i Kina försumbar, men räknas nu i över 500 000 fat per dag. Mycket av det är emellertid kol-baserat, vilket kan skapa sina egna problematiska kol-utsläpp.

Prakash’s, Olah’s och deras teams forskning har haft fokus på att finna vägar att utvinna väte från metanol på sätt som inte bara är kol-neutrala utan också kan vara kol-positiva.

Rötterna till en kol-fri framtid

Metanol, som ibland kallas ”träsprit”, är den enklaste alkoholen med bara en kol-atom i molekylen. För dess produktion behövs bara vatten, CO₂ och energi. Metanol innehåller bara hälften så mycket energi som traditionell petroleumbaserad bensin. Å andra sidan brinner metanol renare, utan sot, partiklar och andra rester. Eftersom metanolmolekylens halva vikt utgörs av syre behöver den mindre luft för sin förbränning. Därför brinner metanol med suveränt låga utsläpp av kväveoxider (NO_x).

Metanol bryts snabbt ner i naturen. Produktion sker traditionellt av naturgas. Metanol kan vara korrosiv mot bränslesystemets slangar samt mot bilklädsel i gamla bilar. Men i nya bilar är det inga problem. Metanol är ett effektivare bränsle än bensin och diesel. Men metanol ger färre km per liter genom sin låga energidensitet.

Metanol har också länge prisats av racerförare för högre oktantal på kortsträckor, och därmed för att förbättra sikt och förhindra seriekrockar. Till skillnad från bensinbränder kan metanolbränder effektivt bekämpas med vatten. Visserligen kan metanolbrandens osynliga lågor vara problem, men det åtgärdas enkelt med något additiv som synliggör brinnande metanol.

Metanol används redan som råvara i kemindustrin istället för petroleumbaserade kemikalier.

Slutligen, som tillägg till sin elegans, enkelhet och allmänna förekomst kan nämnas att metanol finns i små mängder i jordens atmosfär. Och det finns även ofantliga moln av metanol i rymden. Olah, Prakash och kollegor publicerade ifjol forskning om skillnader hur metanol bildas både på jorden och i rymden.

Prakash som arbetade med Olah i över 40 år framhåller: ”Olah var en gigant till kemist och en stor visionär som hade ett profetiskt förhållningssätt till att lösa svåra problem. Han hade ett enastående minne och stor förmåga till intuition. Han var mycket beläst, hemma i historia och filosofi, uppskattade musik och konst. Han hade en omättlig läslust. Han var en modern renässansmänniska.”

Denna artikels källa:

Materials provided by University of Southern California. Note: Content may be edited for style and length.

---

Journal Reference:

1.     Jotheeswari Kothandaraman, Sayan Kar, Raktim Sen, Alain Goeppert, George A. Olah, G. K. Surya Prakash. Efficient Reversible Hydrogen Carrier System Based on Amine Reforming of Methanol. Journal of the American Chemical Society, 2017; 139 (7): 2549 DOI: 10.1021/jacs.6b11637