美國西北大學的研究團隊開發出一種新型方法，將天然氣轉化為液態燃料。他們成功以單一步驟直接將甲烷轉化為甲醇，利用玻璃管內的水中微型電漿爆發——類似迷你「閃電」——來實現此過程。研究對應作者西北大學的 Dayne Swearer 表示：「我們使用高壓電脈衝。如果電位足夠高，就會在反應器內形成閃電，猶如夏季雷暴。我們利用這種化學反應，在不需將整個系統加熱至極端高溫的情況下，打破甲烷的化學鍵。
」 現行工業方法雖然可靠，但能源密集且每年全球排放數百萬噸二氧化碳。新方法僅需電、水及氧化銅催化劑，即可提供更清潔的電驅動途徑，生產全球最廣泛使用的化學建材之一。甲醇是一種多功能、高需求工業化學品，用於製造日常用品，亦常用作工業溶劑，並逐漸受到關注作為船舶及工業鍋爐的清潔燃燒燃料。作為全球最常用的大宗化學品之一，甲醇是塑膠、油漆及黏合劑的關鍵成分。近期研究亦探索其作為液態燃料的潛力，因其燃燒時硫排放及顆粒污染低於汽油及柴油。
傳統製程與創新突破
目前工業生產甲醇需多步驟過程，從蒸汽重整開始。首先，將甲烷與蒸汽在超過 800°C 高溫反應，分解為一氧化碳及氫氣；然後，在極高壓力（標準大氣壓的 200 至 300 倍）下重組為甲醇。此過程耗費大量熱能，並不可避免產生二氧化碳。「極端高溫用以打破甲烷中碳氫鍵，」Swearer 說。「之後需高壓迫使分子在催化劑上聚合形成甲醇。雖然有效，但並非從甲烷製造甲醇的最直接途徑。
」 新單一步驟過程由 Swearer 實驗室博士生、研究首作者 James Ho 建造的電漿「氣泡反應器」實現。這是塗有氧化銅催化劑的多孔玻璃管。團隊讓甲烷氣體通過管內，同時施加電脈衝，將甲烷轉化為電漿，分解甲烷及水為高活性碎片。這些碎片重組為甲醇，立即溶入周圍水中。這種快速「淬火」在適當時刻停止反應，避免甲烷分解為二氧化碳。「可觀測宇宙超過 99% 由電漿組成，」James Ho 說。
「雖然普遍，但化學領域尚未充分利用。我們使用冷電漿，因其可在低溫及常壓下產生。」
