Bei der Förderung und Verarbeitung von Erdöl fällt als Nebenprodukt Methan an. Oft ist es unwirtschaftlich, das Erdgas energetisch zu nutzen oder in andere chemische Grundstoffe umzuwandeln. Große Mengen davon werden daher einfach abgefackelt – allein in den USA zirka sechs Milliarden Kubikmeter jährlich. Gleichzeitig hat der Fracking-Boom jenseits des Atlantiks die Produktion von methanhaltigem Schiefergas in den vergangenen zehn Jahren explodieren lassen. Entsprechend hoch ist das Interesse an einem Prozess, mit dem Methan kostengünstig in industriell begehrte Kohlenwasserstoffe zu verwandeln ist.

Chemiker um Junjun Shan von der Tufts University in Massachusetts haben nun ein Verfahren entwickelt, das genau das in Aussicht stellt. Die Forscher konnten Methan, Kohlenmonoxid und Sauerstoff bei relativ geringem Druck und niedriger Temperatur in Methanol und Essigsäure überführen. Dazu leiteten sie die Gase in einen Druckreaktor ein und brachten diese mit verschiedenen Katalysatoren in Kontakt. Nach sechs Stunden entstanden aus dem Methan so entweder bis zu vier Prozent Methanol oder 60 Prozent Essigsäure. Die beiden Flüssigkeiten sind wichtige Rohstoffe der Kunststoff- und Lebensmittelindustrie; Methanol dient zudem als Treibstoff.

Für die Reaktion von Methan und Sauerstoff unter milden und damit Energie sparenden Bedingungen nutzten die Wissenschaftler Katalysatoren mit einem Übergangsmetall als aktivem Zentrum: isolierte Rhodiumionen, verankert in porösem Aluminiumsilikat (Zeolith) oder Titandioxid. Während der Rhodium-Titandioxid-Katalysator ausschließlich zur Bildung von Methanol führt, entscheidet die molekulare Zusammensetzung des Zeoliths über das Reaktionsprodukt: In Anwesenheit des unbehandelten und damit sauren Katalysators vereinen sich Methan und Sauerstoff – unter Einlagerung eines Moleküls Kohlenmonoxid – zu Essigsäure. Der Austausch von Wasserstoffionen gegen Natriumionen im Trägermaterial hebt die Säurewirkung auf, so dass stattdessen Methanol entsteht. Laut den Forschern erfordert die Methanolsynthese ebenfalls die Zugabe von Kohlenmonoxid als Co-Katalysator.

Insgesamt könnte das Verfahren dazu beitragen, dass künftig weniger Erdgas abgefackelt wird. Allerdings müsse man die Effizienz der Methanumwandlung noch steigern, um die Methode kommerziell interessant zu machen, so die Forscher.