化学系YouTuberのナイジェル・ブラウン（Nigel Braun）、より広く知られている名前はナイルレッド（NileRed）は、普通の空気中のガスからエタノールを合成することに2年を費やしました。最終的な結果は、小さな瓶に入った液体で、主に水で構成され、約7%のエタノールと少量のメタノールを含んでいます。彼はこの液体を試飲し、「これ…実際にかなり良い」と述べました。このプロジェクトは80分のYouTube動画に記録され、8月9日にGizmodoによって報じられ、野心的な試みと特有の失敗した結果のために広く注目を集めました。
このプロジェクトの化学原理は理論的には簡単です。空気中には二酸化炭素と水蒸気が含まれており、エタノールの化学式はC2H6Oで、炭素、水素、酸素を含んでいます。全体の枠組みは明確です：空気からCO2と水素を抽出し、それらをエタノールに結合させる触媒を見つけ、生成物を収集する。しかし、問題は各ステップの詳細にあります。これらの詳細の難しさは、ブラウンに2年の時間と大量の高価で珍しい設備を消耗させるのに十分でした。
ブラウンの合成プロセスは多くの課題に直面
触媒の製作には数ヶ月を要し、根本的な障害は触媒そのものでした。CO2と水素は自発的にエタノールに結合することはなく、反応を正しい生成物に導くための触媒が必要であり、さまざまな他の化合物を生成することはありません。ブラウンは多くの選択肢を評価し、既存の触媒は高コストであるか、合成が難しいか、選択性が不足していることを発見しました。最終的に、彼は二成分の鉄系触媒を選択しましたが、この触媒の製作も他の選択肢と同様に簡単ではありませんでした。彼の最初の合成試行は5日かかり、1.8グラムの触媒材料を生成しましたが、彼は25グラムが必要でした。
理論的な簡単さと実際の難しさのギャップは明らかになりました。それにもかかわらず、ブラウンは粘り強く、さらに数週間の努力の後、最終的に十分な量の触媒の2部を生産しました。
第二の主要な複雑さは、ガス供給システムです。この反応は、高温反応器内でCO2と水素を正確な圧力で結合させることを要求します。しかし、水素の存在は特定の工学的問題を引き起こします。水素原子は非常に小さいため、高圧下で金属結晶格子に拡散し、脆弱で構造が不安定になります。標準のガス処理装置はこのような用途には設計されていないため、ブラウンはゼロからカスタムの高圧供給システムを設計し、構築しなければなりませんでした。さらに、原材料の問題もより微妙です。CO2の各炭素原子にはすでに2つの酸素原子が含まれているため、システムに他の化合物が入る前に、すでに過剰な酸素を運んでいます。
水蒸気を直接反応器に導入すると、さらに酸素が加わり、反応性の問題を引き起こします。ブラウンの解決策は、まず水を分解する水素発生器を使用し、水素のみを反応器に送ることで、酸素を外に留めることでした。
最終成果は潜在的な応用の展望を示す
2年間の触媒合成、カスタムエンジニアリング、トラブルシューティングの後、反応器はついに結果を出しました。収集された液体は約7%のエタノールを含み、残りは水と微量のメタノールであり、メタノールは十分な量であれば有毒です。ブラウンのサンプル量は比較的小さいため、メタノールの含有量は実際の懸念ではなく、彼は慎重に製品を試飲することができました。彼の評価は肯定的でした。ブラウンはこの結果を最終的な答えとは見なしておらず、このプロセスを拡張してボトル一杯のエタノールを生産し、メタノールの汚染を排除したいと考えています。メタノールはCO2の水素化反応の副産物であり、エタノールと共に生成されます。
このプロセスが有用な合成燃料の実行可能な道であることを証明するかどうかは、収率と選択性がこの初回の試行を大きく上回るかどうかにかかっています。