科学探索|科学家设计新的甲烷结合工艺可以帮助避免浪费天然气科学家设计新的甲烷结合工艺

据New Atlas报道，全球石油工业浪费掉的天然气与整个中美洲和南美洲使用的天然气一样多--但是一种新的甲烷结合工艺为这种温室气体经济地转化为液体燃料提供了一种潜在的方法。

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甲烷是一种强效温室气体，尽管它的“寿命”相对较短。在20年的时间里，估计甲烷排放的全球变暖潜力是二氧化碳的84至87倍。在过去的几十万年里，全球大气中的甲烷浓度相对稳定，但自1750年代和工业革命开始以来迅速增加。
它几乎来自任何地方--引用美国宇航局（NASA）地球观测站作家Adam Voiland的话说：“你可以在地球表面以下几英里和上面几英里处找到这种无味的透明气体。甲烷从沼泽和河流中冒出，从火山中喷出，从野火中升起，并从牛和白蚁的内脏中渗出（它是由微生物制造的）。人类住区充斥着这种气体。甲烷从天然气、油井和管道以及煤矿中无声地泄漏出来。它在垃圾填埋场、污水处理厂和稻田里产生。”
根据国际能源署（IEA）的数据，石油生产目前占整个石油和天然气行业甲烷排放量的约40% 。石油公司对石油钻探过程中逸出的甲烷不感兴趣；将其引入天然气基础设施的经济效益不高，储存起来也很危险和不方便，虽然它可以通过催化转化为更多可用的液体燃料，如甲醇，但这个过程太昂贵了，无法考虑。
只要有油井，就需要处理这种多余的甲烷。新南威尔士大学的研究人员表示，他们在甲烷结合方面取得了重大突破，这为更高效、更有效、希望能负担得起的催化转化打开了大门。
到目前为止，问题是如何将甲烷分子固定住，以便对其进行研究。据新南威尔士大学称，研究人员已经能够使用金属-甲烷复合物将甲烷固定在一个分子 “钳子 ”中--但只有几微秒的时间。这与在核磁共振光谱设备中正确分析这类分子所需的几分钟相差甚远。
新南威尔士大学的研究小组利用计算模型，试图预测其他金属是否可能与甲烷结合更长的时间，结果指向了锇--一种铂金属和自然界中发现的密度最大的元素。该小组继续进行实验，结果令人印象深刻。
“我们已经发现，通常是惰性的甲烷会与锇金属中心的东西相互作用，形成一个相对稳定的锇甲烷复合物，”新研究的主要作者 James Watson说。“我们的复合物的有效半衰期约为13小时。”
【科学探索|科学家设计新的甲烷结合工艺可以帮助避免浪费天然气】“这意味着一半的复合物需要13个小时才能分解，”他继续说。“这种稳定性，加上这种复合物相对较长的寿命，使我们能够深入分析这类（锇）复合物的结构、形成和反应性，并有助于为设计有可能将甲烷转化为更多合成有用化合物的催化剂提供信息。”
锇是地球上最稀有的元素之一，但这不可能是这里的一个因素。重要的是，这些锇络合物首次允许进行那种深入的分子分析，这应该导致使用更便宜和更多可用元素的新催化过程，能够快速和经济地将甲烷转化为液体燃料。
“将甲烷转化为液体燃料的一种方法是通过使用含有过渡金属元素的催化剂，”该研究的共同作者、副教授Graham Ball解释说。“不仅（液体燃料）比储存气体要方便得多、安全得多，而且能源成本也低得多。”
他继续说：“液体燃料更容易运输，并且很容易融入我们现有的燃料基础设施--E10汽油已经含有10%的乙醇。例如，如果有高效的、商业上可行的方法将甲烷转化为甲醇，这也将激励我们保留甲烷进行转化，并避免无目的的燃烧，减少化石燃料的总体使用和破坏性排放。我们希望我们的发现将为下一代更有效的催化剂的设计提供信息，这些催化剂可以在商业上可行。”