تبدیل متان به سوخت و اسید آمینه با پرتو گاما: انقلاب در علم و صنعت!

دگرگونی متان با پرتوهای گاما به انواع فراورده‌ها

یه گروه از پژوهشگرا توی نشریه‌ی Angewandte Chemie گزارش دادن که پرتوهای گاما می‌تونن متان رو توی دمای اتاق، به مجموعه‌ای از فراورده‌ها تبدیل کنن. این محصولات شامل هیدروکربن‌ها، مولکول‌هایی که اکسیژن دارن و اسیدهای آمینه میشن. این نوع واکنش احتمالاً یه نقش کلیدی توی شکل‌گیری مولکول‌های آلی پیچیده توی جهان داره و شاید به منشأ حیات هم مربوط باشه. بعلاوه، این تحقیقات راه‌کارهای تازه‌ای برای تبدیل صنعتی متان به محصولات با ارزش افزوده بالا، توی شرایط ملایم، پیش‌رو می‌ذاره.

با این نتایج تحقیقاتی، یه تیم به سرپرستی وکسین هوانگ از دانشگاه علم و فناوری چین (هفی) به درک بنیادی‌تر ما از رشد اولیه مولکول‌ها توی جهان کمک کرده. هوانگ می‌گه: «پرتوهای گاما که فوتون‌های پرانرژی هستن و معمولاً توی پرتوهای کیهانی و تجزیه‌ی ایزوتوپ‌های ناپایدار وجود دارن، انرژی خارجی رو برای راه‌اندازی واکنش‌های شیمیایی مولکول‌های ساده توی لایه‌های یخی غبار و دانه‌های یخ بین ستاره‌ای تأمین می‌کنن.» اون ادامه می‌ده: «این می‌تونه منجر به تولید مولکول‌های آلی پیچیده‌تری بشه که احتمالاً از متان (CH4) شروع می‌شن و به‌طور گسترده‌ای توی محیط بین ستاره‌ای پیدا می‌شن.»

اگهچه فشارها و دماهای بالاتر روی زمین و سیاره‌ها، توی اون چیزی که به‌اسم منطقه‌ی قابل سکونت شناخته می‌شه، حاکمه، بیشتر مطالعات مربوط به فرآیندهای کیهانی تنها توی شرایط خلأ و دماهای خیلی پایین شبیه‌سازی می‌شن. اما در مقابل، تیم چینی واکنش‌های متان رو توی دمای اتاق، توی فازهای گازی و آبی، زیر تابش یه منبع کبالت 60 بررسی کردن. ترکیب محصولات، بستگی به مواد اولیه‌ی مورد استفاده داره؛ متان خالص با بازده خیلی کم واکنش می‌ده و اتان، پروپان و هیدروژن تولید می‌کنه.

بیشتر کردن تبدیل متان با اضافه کردن اکسیژن

اضافه کردن اکسیژن باعث افزایش تبدیل می‌شه که عمدتاً منجر به تولید دی‌اکسید کربن (CO2)، منوکسید کربن (CO)، اتیلن و آب می‌شه. توی حضور آب، متان با آب وارد واکنش می‌شه و استون و الکل تری‌بوتیلیک تولید می‌کنه؛ همچنین توی فاز گازی، متان به اتان و پروپان تبدیل می‌شه. وقتی هم آب و هم اکسیژن اضافه بشن، واکنش‌ها خیلی سریع‌تر می‌شن.

تولید محصولات گوناگون توی فاز آبی

توی فاز آبی، فرمالدهید، اسید استیک و استون تشکیل می‌شن. اگه آمونیاک هم اضافه بشه، اسید استیک به گلیسین که یه اسید آمینه است و توی فضا هم وجود داره، تبدیل می‌شه. هوانگ می‌گه: «زیر تابش گاما، می‌شه گلیسین رو از متان، اکسیژن، آب و آمونیاک تولید کرد؛ مولکول‌هایی که توی فضا به اندازه‌ی زیاد پیدا می‌شن.»

طرح واکنش و نقش رادیکال‌ها

تیم تحقیقاتی یه چارچوب برای واکنش‌ها درست کرده که مسیرهای تولید محصولات مختلف رو توضیح می‌ده. رادیکال‌های اکسیژن (∙O2−) و ∙OH نقش مهمی توی این فرآیند دارن. سرعت این مکانیسم‌های واکنش رادیکالی، وابسته به دما نیست و در نتیجه، می‌تونن توی فضا هم رخ بدن.

تأثیر ذرات جامد روی انتخاب محصولات

از طرف دیگه، تیم نشون داد که ذرات جامد مختلف که جزء غبار بین ستاره‌ای هستن، از جمله سیلیس دی‌اکسید، اکسید آهن، سیلیکات منیزیم و اکسید گرافن، به راه‌های مختلف روی انتخاب محصولات اثر می‌ذارن. ترکیب متنوع غبار بین ستاره‌ای ممکنه به توزیع نامنظم مولکول‌ها توی فضا کمک کرده باشه. سیلیس دی‌اکسید منجر به تبدیل ویژه‌تر متان به اسید استیک می‌شه.

پتانسیل پرتوهای گاما برای تبدیل متان

هوانگ می‌گه: «چون تابش گاما یه منبع انرژی آسون، ایمن و پایدار هستش، این می‌تونه یه راهکار تازه برای استفاده از متان به‌عنوان منبع کربن باشه که می‌تونه به‌طور کارآمد به محصولات با ارزش افزوده توی شرایط ملایم تبدیل بشه؛ این یه چالش قدیمی برای شیمی ترکیبی صنعتیه.»