Ο αντιδραστήρας που ονομάζεται MEPS (Methane Eradication Photochemical System) χρησιμοποιεί υπεριώδες φως για τον σχηματισμό ατόμων χλωρίου τα οποία στη συνέχεια αντιδρούν με το αέριο μεθανίου
Σε μια νέα μελέτη, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης χρησιμοποίησαν φως και χλώριο για να εξαλείψουν το μεθάνιο χαμηλής συγκέντρωσης από την ατμόσφαιρα. Τα αποτελέσματα της έρευνας συνιστούν πρόοδο στην αφαίρεση ρυπογόνων αερίων και αερίων του θερμοκηπίου από την ατμόσφαιρα και μπορούν να εφαρμοστούν πρακτικά σε κτηνοτροφικές εγκαταστάσεις, σε εγκαταστάσεις παραγωγής βιοαερίου και σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος.
Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) έχει διαπιστώσει πως η μείωση των εκπομπών αερίων μεθανίου θα οδηγήσει σε άμεση μείωση της ανόδου της παγκόσμιας θερμοκρασίας. Το μεθάνιο είναι έως και 85 φορές πιο δραστικό ως αέριο του θερμοκηπίου από το CO2 ενώ περισσότερο από το ήμισυ της συνολικής ποσότητας που παράγεται και διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα της γης εκπέμπεται από ανθρώπινες πηγές, με τα βοοειδή και την παραγωγή ορυκτών καυσίμων να αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μερίδιο στην παραγωγή του αερίου.
Η μοναδική μέθοδος η οποία αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης και της εταιρείας Ambient Carbon πέτυχε την απομόνωση του μεθανίου από την ατμόσφαιρα.
“Ένα μεγάλο μέρος των εκπομπών μεθανίου προέρχεται από εκατομμύρια σημειακές πηγές χαμηλής συγκέντρωσης, όπως οι κτηνοτροφικές μονάδες. Στην πράξη, το μεθάνιο που εκπέμπεται από αυτές τις πηγές θα ήταν αδύνατο να απομακρυνθεί από την ατμόσφαιρα. Όμως τα αποτέλεσμα της μελέτης αποδεικνύουν ότι η απομόνωση του μεθανίου και η απομάκρυνσή του από την ατμόσφαιρα είναι εφικτές με τη χρήση του θαλάμου αντίδρασης που έχουμε κατασκευάσει”, λέει ο Δρ. Matthew Stanley Johnson, καθηγητής ατμοσφαιρικής χημείας στο πανεπιστήμιο UCPH και επικεφαλής της μελέτης.
Ο Δρ. Johnson παρουσίασε τα αποτελέσματα της έρευνας τόσο στην 28η Διάσκεψη του ΟΗΕ για την κλιματική Κρίση (COP28) στο Ντουμπάι μέσω διαδικτυακής σύνδεσης, όσο και στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών της Ουάσιγκτον, η οποία συμβουλεύει την κυβέρνηση των ΗΠΑ σε θέματα επιστήμης και τεχνολογίας.
Ο Αντιδραστήρας που καθαρίζει το μεθάνιο από τον αέρα
Το μεθάνιο που προέρχεται από την ατμόσφαιρα μπορεί να υποβληθεί σε καύση εφόσον η συγκέντρωσή του υπερβαίνει το 4%. Ωστόσο, οι εκπομπές που προκαλούνται από την ανθρώπινη δραστηριότητα παρουσιάζουν συγκέντρωση κάτω από 0,1% και επομένως δεν μπορούν να αναφλεγούν. Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα θάλαμο αντίδρασης και επινόησαν μια μέθοδο που προσομοιώνει και επιταχύνει σημαντικά τη φυσική διαδικασία αποικοδόμησης του μεθανίου.
Για την απομάκρυνση του μεθανίου από τον αέρα, οι ερευνητές κατασκεύασαν έναν θάλαμο αντίδρασης που, για τους μη μυημένους, μοιάζει με ένα μακρόστενο μεταλλικό κουτί με σωρούς από σωλήνες και όργανα μέτρησης. Μέσα στο κουτί, λαμβάνει χώρα μια αλυσιδωτή αντίδραση χημικών ενώσεων, η οποία καταλήγει στη διάσπαση του μεθανίου και στην απομάκρυνση μεγάλου μέρους του αερίου από τον αέρα.
Σύμφωνα με τον Δρ. Johnson “Στην επιστημονική μας μελέτη, αποδείξαμε ότι ο θάλαμος αντίδρασής τον οποίο κατασκευάσαμε μπορεί να εξαλείψει το 58% του μεθανίου από τον αέρα. Μετά τη δημοσίευση της μελέτης, βελτιώσαμε ακόμη περισσότερο τα αποτελέσματά μας στο εργαστήριο, έτσι ώστε το ποσοστό αυτό να ανέρχεται πλέον σε 88%”.
Το χλώριο αποτελεί τον παράγοντα-κλειδί για την επιτυχία της εφεύρεσης. Χρησιμοποιώντας το χλώριο και την ενέργεια του φωτός, οι ερευνητές μπορούν να απομακρύνουν το μεθάνιο από τον αέρα πολύ αποτελεσματικότερα σε σχέση με τη φυσική διαδικασία αποσύνθεσης που λαμβάνει χώρα στην ατμόσφαιρα, η ολοκλήρωση της οποία απαιτεί συνήθως 10-12 χρόνια.
“.. ανακαλύψαμε ότι, με τη βοήθεια του φωτός και του χλωρίου, μπορούμε να προκαλέσουμε μια αντίδραση διάσπασης του μεθανίου περίπου 100 εκατομμύρια φορές γρηγορότερη σε σχέση με τη φυσική διαδικασία”, εξηγεί ο Δρ. Johnson.
Σχετικά με τη μέθοδο
Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα θάλαμο αντίδρασης και επινόησαν μια μέθοδο που προσομοιώνει και επιταχύνει σημαντικά τη φυσική διαδικασία διάσπασης του μεθανίου. Ονόμασαν τη μέθοδο φωτοχημικό σύστημα εξάλειψης του μεθανίου (MEPS) και η μέθοδος αυτή αποδομεί το μεθάνιο 100 εκατομμύρια φορές ταχύτερα από ό,τι στη φύση.
Η μέθοδος λειτουργεί με την εισαγωγή μορίων χλωρίου σε ένα θάλαμο αντίδρασης όπου συγκεντρώνεται μεθάνιο από την ατμόσφαιρα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές φωτίζουν με υπεριώδες φως τα μόρια χλωρίου. Η ενέργεια του φωτός αναγκάζει τα μόρια να διασπαστούν και να σχηματίσουν δύο άτομα χλωρίου.
Τα άτομα χλωρίου στη συνέχεια αποσπούν ένα άτομο υδρογόνου από το μεθάνιο, το οποίο στη συνέχεια διασπάται και αποσυντίθεται. Το παράγωγο προιόν του χλωρίου το οποίο προκύπτει, το υδροχλωρικό οξύ, δεσμεύεται και στη συνέχεια επαναχρησιμοποιείται στο θάλαμο διάσπασης.
Το μεθάνιο μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και υδρογόνο (H2) με τον ίδιο τρόπο που συμβαίνει και κατά την εξέλιξη της φυσικής διαδικασίας στην ατμόσφαιρα.
Ως προκαταρκτική έρευνα για τη μελέτη αυτή, οι ερευνητές ταξίδεψαν σε διάφορες περιοχές της χώρας μετρώντας την ποσότητα του μεθανίου που εκπέμπεται από εγκαταστάσεις εκτροφής, εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και εγκαταστάσεις παραγωγής βιοαερίου. Σε αρκετές περιοχές, οι ερευνητές μπόρεσαν να καταγράψουν μεγάλες ποσότητες μεθανίου οι οποίες διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα από αυτές τις εγκαταστάσεις.
“Για παράδειγμα, η Δανία είναι πρωτοπόρος όσον αφορά την παραγωγή βιοαερίου. Αλλά αν έστω και ένα μικρό ποσοστό του μεθανίου που παράγεται από αυτή τη διαδικασία διαφεύγει στην ατμόσφαιρα, τότε αυτό εξουδετερώνει τα όποια οφέλη για το κλίμα από τη παραγωγή και τη χρήση βιοαερίου”, καταλήγει ο Δρ. Johnson.
Η έρευνα διεξήχθη με τη συνεργασία του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, του Πανεπιστημίου Aarhus και της εταιρείας Ambient Carbon του UCPH, της οποίας ηγείται πλέον ο καθηγητής Matthew Stanley Johnson. Η εταιρεία ξεκίνησε να αναπτύσσει την τεχνολογία MEPS (Methane Eradication Photochemical System) με στόχο τη διάθεση στο κοινό.
Πηγή:
Morten Krogsbøll et al, A high efficiency gas phase photoreactor for eradication of methane from low-concentration sources, Environmental Research Letters (2023). DOI: 10.1088/1748-9326/ad0e33
