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ミシガン大学のエンジニアたちは、新しい化学反応器を設計し、プラスチック、接着剤、カーペット繊維、家庭用洗剤などの重要な原料を天然ガスから製造する方法を提案しました。 このアイデアは、石油経済後の製造コストを数百万ドル節約する可能性があります。
この反応器は、自動車用ホースやシール、青い保護手袋などの成分も含まれる工業用化学物質の長いリストを製造するために使用される、「プロピレン」と呼ばれる重要な化学物質を作成します。
今日使用されているほとんどのプロピレンは、石油精製所から得られるものですが、石油やガソリンが天然ガス、太陽エネルギー、風力エネルギーに取って代わられる中で、プロピレンやその他の石油由来製品の生産は新たな製法がなければ現在の需要を下回る可能性があります。
頁岩から抽出された天然ガスは、原油由来のプロピレンの代替となりうる可能性があります。現在の天然ガスからプロピレンを作る方法は、供給と需要のギャップを埋めるにはまだ効率が不十分です。
研究を発表したチームの一員であるマーティン・ルイス・パール化学工学のコレジエイト教授、スルジュ・リニックは、「プロパンをプロピレンに経済的に変換するのは非常に難しい。その反応を進行させるためには加熱が必要であり、標準的な方法では十分なプロピレンを生成するには非常に高温が必要です。その温度では、プロピレンだけでなく、固体の炭素堆積物や他の望ましくない生成物も得られ、触媒を損ないます。反応器を再生するには、頻繁に固体の炭素堆積物を燃やさなければならず、プロセスが非効率になります。」と説明しました。
研究者らの新しい反応器システムは、頁岩ガスからプロパンをプロピレンと水素ガスに分離することで、プロピレンの生成を効率的に行います。また、水素が排出されることで、プロパンの濃度と反応生成物のバランスが変化し、より多くのプロピレンが生成されるようになります。分離された水素は、プロパンから安全に離れ、望ましくない化合物を生成せずに反応を加速するために反応器を加熱します。
この分離は、反応器の入れ子式中空繊維膜チューブを介して達成されます。最も内側のチューブは、プロパンをプロピレンと水素ガスに分割する材料から成ります。チューブは、ほとんどのプロピレンを最も内側のチャンバー内に保持しつつ、水素ガスが材料の膜層の孔を通じて外部のチャンバーに逃げます。
そのチャンバー内で水素ガスは、適量の酸素を混ぜることで制御して燃焼させます。
水素が反応器内で燃焼させることができ、より高いプロパン圧力下で作動できるため、この技術は追加のヒーターを設置せずにプラントが天然ガスからプロピレンを生産することを可能にするかもしれません。
年間50万トンのプロピレンを生産するプラントは、研究者の推定によれば、頁岩ガスを始めとする他の方法に比べて最大2350万ドルを節約できるかもしれません。これらの節約は、他の燃料ではなく反応で生産された水素を燃やすことからの運用上の節約に加えられます。
この研究は、米国エネルギー省の基礎エネルギー科学局、RAPID Manufacturing Institute、および国立科学財団の支援を受けて行われました。反応器材料はミシガン材料特性センターで研究されました。チームはU-Mイノベーションパートナーシップの支援を受けて特許保護を追求し、技術を市場に導入するためのパートナーを募集しています。スルジュ・リニックは総合システムと設計の教授でもあります。
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プロピレンは、全ての消費者が買い物をする際に考えるものではありませんが、ほぼすべての製品デザイナーの心にはあるかもしれません。製品そのものに含まれていなくても、包装にはプロピレンが含まれている可能性があります。現代の世界では一般的な素材です。
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よりクリーンで低コストな方法で生産する手段は、歓迎されるでしょう。
Brian Westenhausによる報道New Energy and Fuel
