Als je methaan wilt omzetten in vloeibare brandstof, kun je er beter eerst zwavelverbindingen van maken. Zo’n proces is veel goedkoper te realiseren dan de rechtstreekse omzetting in methanol, claimen MIT-onderzoekers in ACS Central Science.

Volgens Yogesh Surendranath en collega’s wordt het op deze manier rendabel om kleine hoeveelheden methaan op te vangen bij afgelegen oliebronnen. Nu wordt het methaan, dat met de aardolie mee naar boven komt, vaak nog afgefakkeld. Afvoeren als gas is te duur, er vloeibaar methaan van maken ook, en omzetting in methanol is tot nu toe alleen rendabel als je het op veel grotere schaal doet. Dat laatste vooral omdat er zeer hoge drukken en temperaturen voor nodig zijn.

Surendranath gebruikt er nu een elektrochemische cel voor, die hij vult met geconcentreerd zwavelzuur. Als katalysator voegt hij palladiumsulfaat (PdSO₄) toe.

Leg je over die cel een potentiaalverschil aan, dan worden eerst Pd²⁺-ionen omgezet in Pd³⁺. In die vorm lijken ze met hun tweeën iets te vormen dat de auteurs wensen te omschrijven als vermoedelijk Pd₂^III,III.

En dat vermoedelijke dimeer kan vervolgens twee dingen doen met CH₄ en H₂SO₄. Of het vormt methylwaterstofsulfaat (CH₃OSO₃H, links op de afbeelding) waarbij tevens Pd³⁺ weer tot Pd²⁺ wordt gereduceerd, óf het vormt methaansulfonzuur (CH₃SO₃H, rechts). Die laatste reactie is geen elektrochemie, maar ze wordt wel door Pd₂^III,III gekatalyseerd.

Je hebt hier hooguit 140 °C voor nodig en methaan met een druk van 7 tot 35 bar; in de ogen van een procestechnoloog zijn dat milde condities. Onder deze omstandigheden vormt zich zonder potentiaalverschil ook een beetje methylsulfonzuur. Maar mét potentiaalverschil (denk aan 2 V) gaat het vijfduizend keer sneller.

Beide reacties concurreren met elkaar, waarbij ongeveer zevenmaal meer methylsulfonzuur wordt gevormd dan methylwaterstofsulfaat. De auteurs lijken die verhouding overigens niet echt interessant te vinden omdat je achteraf van allebei die moleculen alsnog methanol kunt maken.

De auteurs werken nu aan de verdere omzetting van de producten in methanol. Op papier kan dat zonder meer en in het lab ook, maar een proces op industriële schaal is nog niet beschikbaar. De reden zal wel zijn dat niemand er ooit eerder behoefte aan heeft gehad.

bron: MIT