ญี่ปุ่นทำถึง ! พัฒนาวิธีเปลี่ยนก๊าซเรือนกระจก ให้กลายเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์

นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ ที่สามารถเปลี่ยนก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่มีบทบาทสำคัญในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน ให้กลายเป็นเมทานอล หรือแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งที่มีประประโยชน์ สามารถใช้ในอุตสาหกรรมได้หลายอย่าง เช่น เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ถือว่าเป็นการส่งเสริมความยั่งยืนและเป็นความพยายามในการลดการปล่อยคาร์บอนบนโลกของเรา

ในอดีต นักวิจัยพยายามที่จะเปลี่ยนก๊าซมีเทนไปเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์อยู่ก่อนแล้ว ปกติแล้วจะเปลี่ยนมีเทนไปเป็นเมทานอล จากนั้นถูกเปลี่ยนไปเป็นไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ (การเปลี่ยนมีเทนเป็นเมทานอลก่อนที่จะผลิตไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ เพราะจะให้เมทานอลเป็นตัวกลางอเนกประสงค์ที่จะทำให้กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอื่น ๆ ง่ายขึ้น คือ การเปลี่ยนมีเทน (CH4) เป็นเมทานอล (CH3OH) เกิดอะตอมออกซิเจน ทำให้เกิดโมเลกุลที่มีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกันซึ่งเอื้อให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติม) แต่กระบวนการเหล่านี้มีความซับซ้อน และต้องใช้พลังงานสูง 

ซึ่งในงานวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวขึ้นมา เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นแร่กลุ่มซีโอไลต์ที่มีธาตุทองแดง (Zeolite กลุ่มของแร่ ที่มักใช้เป็นตัวดูดซับและตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงพาณิชย์) มันสามารถเปลี่ยนมีเทนเป็นเมทานอลได้ แต่ให้ผลผลิตที่ไม่ดี ขณะเดียวกันก็สร้างผลิตภัณฑ์ผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ขึ้นมาด้วย

แต่ในการศึกษาล่าสุดโดยทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียวนี้  ได้ศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์แบบ 2 ฟังก์ชัน (รวมตำแหน่งออกฤทธิ์ (Avtive Site) 2 ประเภทที่แตกต่างกันไว้ในโครงสร้างเดียวกัน ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาหลายอย่างพร้อมกัน หรือเกิดตามลำดับได้) ตัวเร่งปฏิกิริยานี้ประกอบด้วยซีโอไลต์ที่มีธาตุทองแดง และซีโอไลต์ที่มีอะลูมิโนซิลิเกต และผลลัพธ์ที่ได้คือมันสามารถแปลงก๊าซมีเทน และไนตรัสออกไซด์ (ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกอีกชนิดหนึ่ง) ให้กลายเป็นสารประกอบที่มีประโยชน์ สามารถนำไปใช้งานได้ต่อไป

ข้อดี 2 ประการที่โดดเด่นมาก ๆ ที่ได้จากตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ คือ 1. มีความสามารถในการรักษาปฏิกิริยาควบคู่ (Tandem Reactions เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหลายอย่างที่เกิดขึ้นในกระบวนการเดียวโดยไม่จำเป็นต้องแยกตัวกลาง) ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยานี้จะรวมหลายขั้นตอนไว้ในกระบวนการเดียวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดความซับซ้อนของกลไกการเกิดปฏิกิริยา 2. กำจัดก๊าซเรือนกระจกที่เป็นอันตราย 2 ชนิดได้พร้อมกัน

รองศาสตราจารย์โทชิยูกิ โยโคอิ (Toshiyuki Yokoi) หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า “เราหวังว่างานวิจัยของเราจะเป็นแนวทางให้กับความพยายามในอนาคต ที่จะเปลี่ยนมีเทนเป็นเมทานอล และเป็นการเปิดช่องทางในการส่งเสริมให้สังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอน โดยใช้เมทานอลเป็นตัวกลาง”

ยังคงมีงานวิจัยที่ต้องศึกษาอีกในอนาคต แต่แน่นอนว่าหากมันประสบความสำเร็จโดยอาศัยงานวิจัยชิ้นนี้เป็นพื้นฐาน ก็จะถือว่างานวิจัยชิ้นนี้เป็นก้าวสำคัญของโลก ในการลดปริมาณก๊าซคาร์บอน และช่วยให้สังคมโลกมีความเป็นกลางทางคาร์บอนมากขึ้น 

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications ฉบับวันที่ 28 มีนาคม 2024

ที่มาข้อมูล SciTechDaily, Nature

ที่มารูปภาพ Reuters, Freepik