В австралийском Университете Нового Южного Уэльса создали молекулярную структуру, которая несколько часов удерживает метан в стабильном состоянии. Открытие должно помочь в создании новых технологий транспортировки, переработки и использования попутного нефтяного газа.
Метан, или природный газ — основной компонент газовой смеси, выделяющейся из нефти на всех стадиях ее добычи от разведки до транспортировки. Сегодня большая часть метана на нефтяных месторождениях по всему миру сжигается, поскольку его переработка и транспортировка экономически не выгодны. По некоторым оценкам, объем сжигаемого таким образом природного газа соответствует его потреблению во всей Центральной и Южной Америке.
Метан можно преобразовать в жидкий метанол, который прост в транспортировке и пригоден для производства топлива. Но, как отмечают австралийские химики, чтобы сделать преобразование попутного газа экономически выгодным, необходимы эффективные катализаторы на основе группы переходных металлов.
В поиске катализаторов может помочь метод спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Однако для его использования необходимо, чтобы метановые молекулярные структуры находились в стабильном состоянии продолжительное время. Добиться такой стабильности до сих пор не удавалось — молекулярные комплексы, образованные из метана и металлов, распадались самое большее за несколько микросекунд.
Чтобы создать подходящие «тиски» для удержания метана, ученые использовали вычислительные методы на основе искусственного интеллекта. Компьютерное моделирование предсказало, что хорошо связывать газ должны молекулярные структуры с содержанием осмия — переходного металла из платиновой группы, — обладающего наибольшей плотностью среди простых веществ. Практические эксперименты подтвердили этот прогноз.
Для создания «свободного места», которое должен занять метан, осмиевое соединение в присутствии газа растворяется в гидрофторуглероде, после чего облучается ультрафиолетом. Выбор растворителя имеет решающее значение, поскольку все остальные вещества сами связываются с метаном, а гидрофторуглерод — нет.
Получившийся осмиево-метановый молекулярный комплекс обладает крайне высокой стабильностью по сравнению с предыдущими образцами — его период полураспада достигает 13 часов. По словам ученых, использоваться напрямую в энергетике эта структура, вероятно, не будет. Но, благодаря своей стабильности, осмиево-метановый комплекс поможет в дальнейших исследованиях и разработке катализаторов для преобразования попутного газа в полезное синтетическое топливо.