La reacción fue la más grande hasta ahora para convertir gas metano en combustible líquido bajo ajustes ambientales de temperatura y presión (25 °C y 1 bar, respectivamente). El estudio fue publicado en la revista comunicaciones químicas.
La palabra griega para peso (baros) es donde se origina la palabra “bar” como unidad de presión. La presión atmosférica típica al nivel del mar es extremadamente cercana a un bar (100 kPa) o 100 000 Pascales (101 325 Pa).
Los hallazgos del estudio son un paso crucial para que el gas natural esté disponible como fuente de energía para la creación de sustitutos de la gasolina y el diésel. Aunque es un combustible fósil, el gas natural produce menos dióxido de carbono (CO 2) cuando se convierte en metanol que otros combustibles líquidos de la misma clase.
El metanol es un componente esencial de la industria química en Brasil, que lo utiliza para sintetizar una variedad de productos y para la fabricación de biodiesel.
El metano tiene una capacidad 25 veces mayor de contribuir al calentamiento global que el CO 2 por ejemplo, haciendo imprescindible su eliminación de la atmósfera para reducir los efectos negativos del cambio climático.
Hay un gran debate en la comunidad científica sobre el tamaño de las reservas de metano del planeta. Según algunas estimaciones, pueden tener el doble del potencial energético de todos los demás combustibles fósiles combinados. En la transición a las energías renovables, tendremos que aprovechar todo este metano en algún momento..
Marcos da Silva, primer autor del estudio y candidato a doctorado, Departamento de Física, Universidad Federal de São Carlos
El estudio contó con el apoyo de la FAPESP a través de dos proyectos (20/14741-6 y 21/11162-8) por el Consejo Superior de Investigación (CAPES, organismo del Ministerio de Educación), y por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq, dependencia del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación).
El fotocatalizador utilizado en el estudio fue un invento significativo, según el asesor de tesis de Silva y último autor, el profesor de la UFSCar Ivo Freitas Teixeira.
Nuestro grupo innovó significativamente al oxidar metano en una sola etapa. En la industria química, esta conversión se produce mediante la producción de hidrógeno y CO. 2 en al menos dos etapas y en condiciones de temperatura y presión muy altas. Nuestro éxito en la obtención de metanol en condiciones suaves y con un menor gasto energético es un gran paso adelante.
Ivo Freitas Teixeira, Profesor, Universidad Federal de São Carlos
Teixeira afirma que los hallazgos abren la puerta a futuras investigaciones sobre el uso de energía solar para este proceso de conversión, lo que podría reducir aún más el efecto ambiental de la operación.
Fotocatalizadores
Para crear fotocatalizadores activos de luz visible, los investigadores crearon nitruro de carbono cristalino en forma de poliheptazina imida (PHI) en el laboratorio utilizando metales de transición que no son ni nobles ni abundantes en la tierra, en particular el cobre.
Luego, usando peróxido de hidrógeno como iniciador, emplearon los fotocatalizadores en procesos de oxidación de metano. Una cantidad significativa de productos líquidos oxigenados, particularmente metanol (2900 micromoles por gramo de material, o µmol.g -1 en 4 horas), fueron producidos por el catalizador de cobre-PHI.
Descubrimos el mejor catalizador y otras condiciones esenciales para la reacción química, como usar una gran cantidad de agua y solo una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno, que es un agente oxidante. Los próximos pasos incluyen comprender más sobre los sitios activos de cobre en el material y su papel en la reacción..
Ivo Freitas Teixeira, Profesor, Universidad Federal de São Carlos
Texeira agrega, “ También planeamos usar oxígeno directamente para producir peróxido de hidrógeno en la propia reacción. Si tiene éxito, esto debería hacer que el proceso sea aún más seguro y económicamente viable..”
El equipo continuará investigando el cobre. “ Trabajamos con cobre disperso. Cuando escribimos el artículo, no sabíamos si estábamos tratando con átomos aislados o con cúmulos. Ahora sabemos que son grupos ”, explica Teixeira.
Los investigadores utilizaron metano puro para la prueba, pero planean recolectar el gas en el futuro de fuentes renovables como la biomasa.
El metano ha contribuido hasta ahora a alrededor del 30% del calentamiento global desde la era preindustrial, según las Naciones Unidas. En la próxima década, las emisiones de metano de la actividad humana podrían reducirse hasta en un 45 %, lo que evitaría un aumento de casi 0,3 °C para 2045.
Aunque el método de emplear un fotocatalizador para transformar el metano en combustible líquido es nuevo y aún no está disponible comercialmente, tiene un enorme potencial en el futuro cercano.
“ Comenzamos nuestra investigación hace más de cuatro años. Ahora tenemos resultados mucho mejores que los del profesor Hutchings y su grupo en 2017, lo que motivó nuestra propia investigación. ”, dijo Teixeira en referencia a un estudio realizado por científicos de universidades estadounidenses y británicas bajo la dirección del profesor de la Universidad de Cardiff Graham Hutchings, que fue publicado en la revista Ciencias.
Referencia de la revista:
Silva, MAR, y otros. (2022) Fotooxidación selectiva de metano en metanol en condiciones suaves promovida por átomos de Cu altamente dispersos en nitruros de carbono cristalinos. comunicaciones químicas. doi.org/10.1039/D2CC01757A.
Fuente: https://agencia.FAPESP.br/home/