Un grupo de investigadores brasileños logró convertir el metano en metanol utilizando metales de transición ligeros y dispersos, como el cobre, en un proceso de fotooxidación. El trabajo fue publicado en la revista científica Chemical Communications y, según el artículo, fue el mejor desempeño reportado hasta el momento para la conversión de gas a combustible líquido en condiciones de temperatura y presión ambiente: 25 °C y 1 bar, respectivamente.
El bar, del griego barys (que significa «pesado»), es una unidad de presión equivalente a 100.000 pascales (105 Pa), un valor muy cercano a la presión atmosférica estándar (101.325 Pa).
El resultado del trabajo es un paso importante en el uso del gas natural, que puede viabilizar esta fuente de energía para la producción de combustibles en el futuro, convirtiéndose en una alternativa a la gasolina y al diesel. A pesar de ser considerado fósil, la conversión de gas natural en metanol genera menos dióxido de carbono (CO2) en comparación con otros tipos de combustibles líquidos de esta categoría.
En el mercado brasileño, el metanol juega un papel crucial en la producción de biodiesel y para la industria química, siendo utilizado como insumo para sintetizar numerosos productos químicos.
Además, la captura de metano de la atmósfera juega un papel relevante en la mitigación de los efectos del cambio climático, ya que este gas tiene 25 veces más potencial de contribuir al calentamiento global que el CO2, por ejemplo.
“Hay un gran debate en la comunidad científica sobre la cantidad de reservas de metano en el mundo. Se estima que tienen el doble de potencial energético que todos los demás combustibles fósiles existentes. En la transición a las energías renovables, tendremos que contar con metano en algún momento», explica a la Agência Fapesp el doctorando Marcos da Silva, del Departamento de Química de la UFSCar (Universidad Federal de São Carlos), primer autor del artículo.
El estudio recibió apoyo de la Fapesp a través de dos proyectos (20/14741-6 y 21/11162-8) y también de la Capes (Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Educación Superior) y del CNPq (Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico) .
Para el profesor de la UFSCar Ivo Freitas Teixeira, asesor de Silva y autor correspondiente del artículo, una de las novedades de la investigación fue el fotocalibrador. “La gran innovación obtenida por nuestro grupo fue oxidar el metano en un solo paso. En la industria química, esta transformación se da mediante la producción de hidrógeno y CO2 realizada en al menos dos pasos y con condiciones de temperatura y presión muy altas. condiciones más suaves, usar menos energía y obtener metanol es un avance», dice Teixeira.
Según el profesor, los resultados allanan el camino para que nuevas investigaciones busquen adoptar la energía solar como promotora de ese proceso, reduciendo aún más el impacto ambiental.
Paso a paso
En el laboratorio, los científicos sintetizaron nitruros de carbono cristalinos (PHI) con metales de transición no nobles o abundantes, principalmente cobre, generando fotocatalizadores activos de luz visible.
Estos fotocatalizadores se emplearon en reacciones de oxidación de metano utilizando peróxido de hidrógeno como iniciador. El catalizador de cobre-PHI generó grandes cantidades de productos líquidos oxigenados, especialmente metanol (2.900 µmol.g-1, unidad de medida denominada micromol por gramo de material), en un período de cuatro horas.
«Descubrimos el mejor catalizador y otras condiciones esenciales para la reacción química, como usar mucha agua y solo un poco de peróxido de hidrógeno, que es un agente oxidante. Ahora, para los próximos pasos, necesitamos entender un poco más sobre los sitios activos de cobre en el material y su papel en la reacción. Y también pretendemos usar oxígeno directamente para, en teoría, producir peróxido de hidrógeno en la propia reacción, haciendo que el proceso sea aún más seguro y económicamente viable», agrega Teixeira.
Según el profesor, otro punto que el grupo seguirá investigando está relacionado con el cobre. “Trabajábamos con cobre disperso. Cuando terminamos el artículo aún no sabíamos si eran átomos aislados o cúmulos. Hoy sabemos que son cúmulos”, dice.
En el estudio, los científicos trabajaron con metano puro. Sin embargo, pretenden en el futuro utilizar fuentes renovables, como el gas extraído de la biomasa.
Según la ONU (Naciones Unidas), el metano ha sido responsable de alrededor del 30% del calentamiento global desde la época preindustrial. Para la ONU, las emisiones de metano provocadas por el hombre podrían reducirse hasta en un 45 % durante la próxima década, evitando casi 0,3 °C de calentamiento global para 2045.
Los investigadores señalan que este tipo de estrategias para convertir gas en combustible líquido mediante un fotocatalizador es todavía nueva, aún no disponible comercialmente, pero con un gran potencial en los próximos años. “Comenzamos nuestro trabajo hace más de cuatro años. Ahora obtuvimos un resultado mucho mejor que el registrado por el grupo del profesor Hutchings en 2017, lo que motivó nuestro trabajo”, dice Teixeira.
Se refiere al estudio publicado por un grupo de científicos de universidades de Estados Unidos y Gran Bretaña en la revista Science, dirigido por el profesor Graham Hutchings, de la Universidad de Cardiff.
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Fuente: uol.com.br