Полимеры из метана

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Мы уже не раз писали о том, как химики ищут действенные способы расправляться с парниковыми газами для пользы человечества. Сильнейший среди них — метан, он удерживает в атмосфере больше тепла, чем углекислый газ. И хотя в атмосфере его относительно немного, 15% от повышения глобальной температуры — на его совести.

На самом деле, источников метана на Земле много. Это не только рукотворные трубопроводы, по которым транспортируется природный газ и неизбежно утекает через малейшие щелочки. На Земле живет гигантское сообщество микроорганизмов, метаногенов, которые питаются органикой и выделяют при этом метан. Обитают они в почве, в болотах, в многокамерных желудках коров и, конечно, на свалках, то есть там, где разлагается биомасса.

Проблема в том, что простая, казалось бы, молекула метана, CH₄, на самом деле очень устойчива. Чтобы ее раскачать и поставить на рельсы трансформации, требуется высокая температура и давление. А это требует много энергии, сложного оборудования и дорого.

Очередную идею, как улавливать и преобразовывать метан, недавно опубликовали инженеры-химики Массачусетского технологического института (Nature Catalysis). И не только придумали, но и успешно испробовали. Для преобразования метана без затрат энергии химики разработали гибридный катализатор. Он состоит из цеолита, модифицированного железом (Fe-ZSM-5), и природного фермента алкогольоксидазы.

Оба компонента — не проблема. Цеолиты — это, в сущности, природные глины, а фермент алкогольоксидазу, который природа использует для окисления первичных спиртов до альдегида и перекиси водорода, сегодня получают с помощью дрожжей. Однако главное состоит в том, что новый катализатор работает при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Процесс протекает следующим образом: цеолит превращает метан в метанол, а затем фермент преобразует метанол в формальдегид. А перекись водорода, которая образуется, возвращается в цеолит в качестве источника кислорода для превращения метана в метанол. Все это происходит в воде, в которой болтаются частицы катализатора. Исследователи предполагают, что в будущем его можно будет наносить на поверхности.

В лабораторных экспериментах исследователи убедились, селективность превращения метана в формальдегид при комнатной температуре может превышать 90%. Однако это только первый акт пьесы. Есть еще и второй.

Оказалось, что если в эту систему добавить мочевину, то можно будет здесь же получать карбамидоформальдегидную смолу. Ее используют при изготовлении древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, фанеры, а также специальных влагопрочных сортов бумаги и картона.

Кстати, патенты на твердые и прозрачные термореактивные смолы на основе мочевины и формальдегида были выданы немецким и британским химикам в начале 1920-х годов. А в 1925 году компания British Cyanides Company, Ltd. (ныне British Industrial Plastics, Ltd.) представила легкую, небьющуюся посуду из запатентованной ею смолы Beetle.

Но вернемся к катализатору Fe-ZSM-5. Химики пишут, что этот катализатор можно будет встраивать в трубы, используемые для транспортировки природного газа. Внутри этих труб катализатор будет генерировать карбамидоформальдегидную смолу, которая будет действовать как герметик, устраняющий трещины в трубах, через которые утекает метан. Можно также наносить катализатор в виде пленки на поверхности, подвергающиеся воздействию метана, и получать полимеры, которые можно собирать для использования в производстве.

Последнее, касающееся применения нового катализатора на практике, звучит неубедительно, и картинка не складывается. Но никаких технологических подробностей в статье, разумеется, нет. Хотя именно они становятся путевкой в жизнь любым новым технологиям, в том числе и каталитическим.