甲烷的活化及轉化是化學界的“聖盃”，至於甲烷制合成氣的重要性及意義就不再贅述。今天主要結合Jan Lerou Consulting負責人Jan Lerou的報告內容——甲烷制合成氣，以及塔夫茨大學（Tufts University）傑出教授、羅伯特和馬西•哈伯（Robert and Marcy Haber）講座教授、瑪麗亞•弗利扎尼•史蒂芬諾普洛斯（Maria Flytzani Stephanopoulos）就此方面作了總結和展望，介紹下甲烷制合成氣工業應用中存在的關鍵問題和挑戰，以及新的機遇。
Jan Lerou在報告中簡要回顧了目前用於將甲烷轉化為合成氣的主要商業技術，以及產生的商業化前景可期的新技術。
下面分別介紹每項技術存在的侷限和挑戰：
1、蒸汽重整SMR技術
2、部分氧化技術POX技術
3、自熱重整技術ATR技術
將要工業化的一些新技術
1、 短接觸時間的催化部分氧化SCT-CPO技術
2、OTM自熱重整器
3、幹氣重整
新產生的技術
1、 化學循環重整
2、 三重整技術
根據以上內容，Maria Flytzani Stephanopoulos確定了四個關鍵研究目標，旨在改進現有的商業流程。這些研究目標包括：
1、確定目前使用的空分設備的替代方案，降低資本和運營成本；
2、提高這些工藝的碳或熱效率，目前這些工藝燃燒大量甲烷以產生必要的工藝熱；
3、瞭解多功能催化劑載體材料如何在材料之間的界面上相互作用，以便設計出更好的催化劑，並將催化劑與先進的分離膜結合起來；
4、採用過程強化（側重於分子水平的動力學、熱力學和熱質傳遞）來優化過程性能。
根據這些目標，制定了以下甲烷制合成氣工藝的研究機會清單：
1、開發氧離子和質子導電陶瓷膜，作為雙功能材料，取代目前用於從空氣中分離氧的高能耗方法，並用作催化劑載體基質。
2、確定使用三維打印的添加劑製造是否能夠使銅或錫催化劑與反應器內件協同打印，以改善傳熱，這是甲烷制合成氣工藝的關鍵參數。
3、開發新型結構的先進換熱系統和催化劑載體。
Flytzani Stephanopoulos還評價了化學循環重整技術，其中還原的金屬氧化物在一個反應器中被氧化，然後用於部分氧化甲烷以產生一氧化碳和氫，同時恢復初始金屬氧化物形式。這是一項相對較新的技術，作為一種更有效的生產合成氣的手段顯示出巨大的希望。然而需要進一步研究，以改進工藝本身，開發用於反應器的新材料，並表徵工藝動力學和有助於反應器中結焦的催化表面參數。特別是開發和應用在化學循環過程中典型的高溫下原位表徵催化劑活性中心的方法，將有助於更好地瞭解在這些條件下活性中心的損失。
Flytzani Stephanopoulos表示計算化學和實驗結合使用，有可能從第一原理推動新催化材料的發現。最後，短接觸時間反應堆已顯示出一些希望，但要達到工業過程所需的過程可靠性水平，仍有許多工作要做。
（參考："3 Catalytic Conversion of Methane." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2016. The Changing Landscape of Hydrocarbon Feedstocks for Chemical Production: Implications for Catalysis: Proceedings of a Workshop. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/23555.）
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