Odkryto mechanizm syntezy etylenu z metanolu

Grafika: Aleix Comas-Vives / ETH Zürich

Zespół naukowców z ETH Zurich i ENS Lyon odkrył mechanizm wytwarzania olefin z metanolu. Proces MTO (methanol-to-olefins) jest stosowany w przemyśle od lat 70 XX w. Od niedawna, z uwagi na niestabilne ceny ropy naftowej, staje się on coraz popularniejszy, zwłaszcza w Chinach. Pomimo jego rozpowszechnienia nie było dotychczas wiadomo, w jaki sposób on zachodzi na poziomie molekularnym.

Metanol można pozyskiwać z węgla kamiennego lub gazu ziemnego, co predestynuje go jako konkurencyjny wobec innych surowiec chemiczny. Z kolei etylen, produkowany w gigantycznych ilościach, stanowi surowiec do produkcji polietylenu, najpopularniejszego tworzywa na świecie i wielu innych produktów chemicznych. Dlatego, myśląc o uniezależnieniu przemysłu chemicznego od ropy naftowej, trzeba brać pod uwagę procesy wykorzystujące metanol. Trend ten jest widoczny szczególnie w Chinach, które zużywają ogromne ilości surowców chemicznych, same nie posiadając złóż ropy naftowej. W Chinach znajduje się obecnie 5 dużych fabryk pracujących wg technologii MTO , a kolejnych 13 jest planowanych.

Proces MTO prowadzony jest w temperaturze 400 st. C w obecności katalizatorów zeolitowych, które są porowatymi minerałami glinowokrzemowymi. Przez wiele lat naukowcy nie byli w stanie określić, w jaki sposób zachodzi proces MTO. 20 lat temu naukowcy postulowali, że inne, dodatkowe cząsteczki umożliwiają ten proces. Chodzi o naładowane dodatnio cykliczne węglowodory – jony karbeniowe, które znajdują się w przemysłowym metanolu i faktycznie reagują z metanolem, przyłączając dwie takie cząsteczki i tworząc wiązanie węgiel-węgiel, czego efektem końcowym jest cząsteczka etylenu.

Francusko-szwajcarski zespół naukowców zaproponował inne wyjaśnienie, pokazując, że glin obecny w zeolitach łatwo przekształca metanol do etylenu i innych węglowodorów, które następnie mogą być przekształcone do jonów karbeniowych w porach zeolitów. Daje to nowe spojrzenie na początek procesu powstawania olefin z metanolu i w dalszej kolejności umożliwia zoptymalizowanie działających instalacji przemysłowych. Ponadto możliwe jest opracowanie technologii wytwarzania z metanolu olefin o długich łańcuchach.

Szczegóły na ten temat można znaleźć w artykule: „Cooperativity between Al Sites Promotes Hydrogen Transfer and Carbon–C...." w czasopismie ACS Central Science.

(pj)