कोयले को सीधे ऑलिफिन में परिवर्तित करना (कोयले से मेथनॉल बनाना, एवं मेथनॉल से ऑलिफिन बनाने की प्रक्रिया का अंत)

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　हाल ही में, चीनी विज्ञान अकादमी के दालियान रसायन एवं भौतिकी संस्थान (जिसे संक्षेप में “दालियान रसायन संस्थान” कहा जाता है) में, अकादमिशियन बाओ शिनहे एवं शोधकर्ता पान शिउलियन के नेतृत्व में एक टीम ने 90 साल से अधिक समय से कोयला-रसायन उद्योग में इस्तेमाल हो रही “फीटो” प्रक्रिया को बदल दिया। इस टीम ने सीधे ही कोयले के गैसीकरण से प्राप्त होने वाली सिंथेटिक गैस (जिसमें CO एवं H2 का मिश्रण होता है) का उपयोग करके, एक नए प्रकार के संयुक्त उत्प्रेरक की मदद से उच्च चयनात्मकता के साथ कम-कार्बन वाले ऑलिफिन तैयार किए। इस शोध के परिणाम 4 मार्च को अमेरिकी पत्रिका “साइंस” (Science) में प्रकाशित हुए। इस अभिक्रिया संबंधी जानकारी को चीन में पेटेंट के लिए, साथ ही अंतरराष्ट्रीय PCT पेटेंट के लिए भी दाखिल किया गया है। इस उपलब्धि को समकालीन वैज्ञानिकों द्वारा “कोयले के रूपांतरण के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण एवं ऐतिहासिक उपलब्धि” कहा गया है। इस परिणाम से संबंधित अनुसंधान को **प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (21321002, 21425312, 21222305, 91545204)** आदि द्वारा वित्तीय सहायता प्रदान की गई है। 　　जर्मन वैज्ञानिकों फिशर एवं ट्रॉप्श ने वर्ष 1923 में कोयले को सिंथेटिक गैस में परिवर्तित करके उच्च-कार्बन युक्त रसायनों एवं तरल ईंधन उत्पन्न करने हेतु “एफ-टी” प्रक्रिया का आविष्कार किया। यद्यपि यह प्रक्रिया निर्दोष नहीं है; उदाहरण के लिए, इसमें बहुत अधिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होता है, बहुत अधिक पानी की आवश्यकता होती है, उत्पादों का चयन भी ठीक से नहीं हो पाता, एवं इसके बाद की प्रक्रियाओं में भी बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। फिर भी, अंतरराष्ट्रीय ऊर्जा एवं रासायनिक उद्योग इस प्रक्रिया को अप्रतिस्थापनीय मानता है। आज, डालियान केमिकल रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया में बदलाव किया है। उन्होंने अधिक पानी एवं ऊर्जा की आवश्यकता वाली “वॉटर-गैस ट्रांसफॉर्मेशन” विधि को त्याग दिया, एवं सीधे ही गैसीकरण प्रक्रिया से प्राप्त होने वाली मिश्रित गैसों का उपयोग करके उच्च चयनात्मकता के साथ कम-कार्बन वाले ऑलिफिन्स प्राप्त किए। जब CO का एकतरफा रूपांतरण दर 17% होती है, तो कम-कार्बन वाले हाइड्रोकार्बन उत्पादों की चयनात्मकता 94% तक पहुँच जाती है; जिसमें कम-कार्बन वाले अल्कीनों (एथिलीन, प्रोपीलीन एवं ब्यूटीलीन) की चयनात्मकता 80% से अधिक होती है। इससे पारंपरिक फी-टो संश्लेषण प्रक्रिया में कम-कार्बन वाले अल्कीनों के उत्पादन हेतु 58% तक ही होने वाली सीमा (शुल्ज़-फ्लोरी सीमा) टूट गई। 　　पारंपरिक एफ-टी (F-T) प्रक्रिया में धातु (अपचयित अवस्था में) को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। धात्विक उत्प्रेरक की सतह पर CO अणु, C परमाणुओं एवं O परमाणुओं में विघटित हो जाता है। ये C एवं O परमाणु, उत्प्रेरक की सतह पर मौजूद हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ अभिक्रिया करके मिथाइल (CH2) नामक मध्यवर्ती पदार्थ बनाते हैं; साथ ही जल अणु भी उत्पन्न होते हैं। मेथिलीन मध्यवर्ती पदार्थ, उत्प्रेरक की सतह पर होने वाली प्रतिस्थापन-संलयन अभिक्रियाओं के माध्यम से स्वतंत्र रूप से संयुक्त हो जाते हैं; इस प्रक्रिया से विभिन्न संख्या में कार्बन परमाणुओं वाले हाइड्रोकार्बन उत्पाद बनते हैं (एक से लेकर तीस तक, कभी-कभी तो सौ से भी अधिक कार्बन परमाणु)। पूरी अभिक्रिया में हाइड्रोकार्बन उत्पादों में कार्बन परमाणुओं की संख्या में बहुत विविधता होती है, एवं लक्षित उत्पादों का चयनात्मकता स्तर इस प्रक्रिया में, धातु उत्प्रेरक की सतह पर CO के विघटन से उत्पन्न O परमाणुओं को हटाने हेतु बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। यह मूल्यवान हाइड्रोजन, “वॉटर-गैस शिफ्ट” प्रक्रिया (CO + H2O → H2 + CO2) द्वारा प्राप्त किया जाता है। लेकिन यह प्रक्रिया अत्यधिक ऊर्जा-गहन है; इसमें बड़ी मात्रा में CO2 भी उत्पन्न होता है। दालियान इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल फिजिक्स के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित प्रक्रिया में, आंशिक रूप से अपचयित यौगिक ऑक्साइडों का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया गया है। CO अणु, उत्प्रेरक पर मौजूद ऑक्सीजन-अभाव वाले स्थलों पर अधिशोषित होकर विघटित हो जाते हैं। वायुमंडलीय हाइड्रोजन अणु, विघटन से उत्पन्न C अणुओं के साथ अभिक्रिया करके मेथिलीन मुक्त मूलक बनाते हैं। वहीं, उत्प्रेरक की सतह पर CO के विघटन से उत्पन्न ऑक्सीजन अणु, दूसरे CO अणु के साथ अभिक्रिया करके CO2 बनाते हैं। पारंपरिक F-T प्रक्रिया के विपरीत, ऑक्सीजन-दोष वाले स्थानों पर उत्पन्न होने वाले मेथिलीन फ्री रेडिकल, कैटालिस्ट की सतह पर नहीं रुकते एवं वहाँ कोई सतही अभिक्रिया भी नहीं करते। बल्कि, ये तेजी से मॉलिक्यूलर सीवेज के छिद्रों में प्रवेश कर जाते हैं, एवं वहाँ चयनात्मक रूप से अभिक्रिया करके कम-कार्बन वाले अल्कीन यौगिकों का निर्माण करते हैं। इससे उत्पादों की चयनात्मकता में वृद्धि होती है। आणविक छिद्रों एवं अम्लीय गुणों को नियंत्रित करके, उत्पादन होने वाले आणविक पदार्थों में वांछित परिवर्तन किए जा सकते हैं। 　　यह उपलब्धि, H2 की जगह CO का उपयोग करके हाइड्रोकार्बनों के निर्माण में अतिरिक्त ऑक्सीजन परमाणुओं को दूर करने से संभव हुई। इस प्रक्रिया में CO2 के कुल उत्सर्जन में कोई परिवर्तन नहीं हुआ। साथ ही, उच्च ऊर्जा एवं जल-खपत वाली “वॉटर-गैस रूपांतरण प्रक्रिया” को त्याग दिया गया। इस प्रकार, सिद्धांततः कोयले को रूपांतरित करने हेतु ऐसा नया तरीका विकसित हुआ, जिसमें कम जल की आवश्यकता होती है (क्योंकि इस प्रक्रिया में जल-चक्र ही नहीं है)। साथ ही, रचनात्मक तरीकों के माध्यम से ऑक्साइड उत्प्रेरकों को आणविक छलनियों के साथ संयोजित करके, CO को सक्रिय करने एवं मध्यवर्ती पदार्थों को आपस में जोड़ने जैसी दोनों उत्प्रेरणीय प्रक्रियाओं को प्रभावी ढंग से अलग-अलग किया गया। पारंपरिक फर्टो तकनीक में “बेतरतीब एवं अनियंत्रित” रूप से उत्पन्न होने वाले “फ्री रेडिकल्स” को आणविक छलनियों के माध्यम से नियंत्रित किया गया; इस तरह उनका व्यवहार सीमित हो गया, एवं अंततः वे हमारे वांछित उत्पादों (कम-कार्बन वाले अल्कीन) में परिवर्तित हो गए। पारंपरिक उत्प्रेरक अभिक्रियाओं में अभिक्रियाशीलता एवं चयनात्मकता के बीच मौजूद इस “तोल-बोल” समस्या का समाधान किया गया है; इससे उच्च दक्षता वाले उत्प्रेरकों एवं उत्प्रेरक अभिक्रिया प्रक्रियाओं के डिज़ाइन हेतु मार्गदर्शन प्राप्त होता है। 　　नए आविष्कारों की प्रक्रिया, पानी की बचत एवं उत्पादन प्रक्रिया में CO2 उत्सर्जन को कम करने (प्रक्रिया को संक्षिप्त करना, ऊर्जा खपत को कम करना) के अलावा, आर्थिक दृष्टि से भी बहुत लाभदायक है। चाइना पेट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग एंड कंस्ट्रक्शन कंपनी लिमिटेड (SEI) के प्रारंभिक मूल्यांकन के अनुसार, वर्तमान परिस्थितियों में इस प्रक्रिया से प्राप्त आंतरिक रिटर्न दर (IRR) 14% से अधिक हो सकती है। देश-विदेश की कई रसायन कंपनियाँ, इस प्रक्रिया के और अधिक उपयोग एवं प्रसार में बहुत रुचि रखती हैं। गहन मूल्यांकन एवं विचार-विमर्श के बाद, डालियान रसायन अनुसंधान संस्थान ने देश की प्रमुख रासायनिक कंपनियों एवं विदेशी प्रसिद्ध रसायन कंपनियों के साथ प्रारंभिक समझौते किए हैं। अब दोनों पक्ष उत्प्रेरकों के निर्माण एवं उत्पादन प्रक्रियाओं के विकास जैसे क्षेत्रों में मिलकर काम कर रहे हैं; ताकि जल्द से जल्द इस तकनीक का औद्योगिक उपयोग संभव हो सके, एवं इस मौलिक खोज को वास्तविक उत्पादक शक्ति में बदला जा सके। 　　केवल इसी अनुसंधान में ही, इस टीम ने नौ साल से अधिक समय लगाया। इसके लिए उन्होंने हेफेई सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन सोर्स सहित देश की कई अनुसंधान संस्थाओं के साथ सहयोग किया, एवं विभिन्न उन्नत अनुसंधान उपकरणों का उपयोग किया।