08.08.2022 - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

Científicos brasileños revelan un método para convertir el gas metano en metanol líquido

La conversión se llevó a cabo en condiciones de temperatura y presión ambiente, lo que podría permitir el uso del metano, un potente gas de efecto invernadero, para producir combustible

Un grupo de investigadores ha conseguido convertir el metano en metanol utilizando luz y metales de transición dispersos como el cobre en un proceso conocido como foto-oxidación. La reacción fue la mejor obtenida hasta la fecha para la conversión de gas metano en combustible líquido en condiciones ambientales de temperatura y presión (25 °C y 1 bar respectivamente).

El término bar como unidad de presión deriva de la palabra griega que significa peso (baros). Un bar equivale a 100.000 pascales (100 kPa), lo que está muy cerca de la presión atmosférica estándar a nivel del mar (101.325 Pa).

Los resultados del estudio son un paso importante para que el gas natural esté disponible como fuente de energía para la producción de combustibles alternativos a la gasolina y el gasóleo. Aunque el gas natural se considera un combustible fósil, su conversión en metanol emite menos dióxido de carbono (CO2) que otros combustibles líquidos de la misma categoría.

En Brasil, el metanol desempeña un papel fundamental en la producción de biodiésel y en la industria química, que lo utiliza para sintetizar muchos productos.

Además, la captura de metano de la atmósfera es crucial para mitigar los efectos adversos del cambio climático, ya que el gas tiene un potencial 25 veces mayor que el CO2, por ejemplo, para contribuir al calentamiento global.

"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 de potencial energético que todos los demás combustibles fósiles juntos. En la transición a las energías renovables, tendremos que aprovechar todo este metano en algún momento", explica a la Agencia FAPESP Marcos da Silva, primer autor del artículo. Silva es candidato a doctor en el Departamento de Física de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar).

Según Ivo Freitas Teixeira, profesor de la UFSCar, director de tesis de Silva y último autor del artículo, el fotocatalizador utilizado en el estudio fue una innovación clave. "Nuestro grupo innovó significativamente al oxidar el metano en una sola etapa", dijo. "En la industria química, esta conversión se produce mediante la producción de hidrógeno y CO2 en al menos dos etapas y en condiciones de temperatura y presión muy elevadas. Nuestro éxito en la obtención de metanol en condiciones suaves, gastando además menos energía, es un gran paso adelante."

Según Teixeira, los resultados allanan el camino para futuras investigaciones sobre el uso de la energía solar en este proceso de conversión, lo que podría reducir aún más su impacto medioambiental.

Fotocatalizadores

En el laboratorio, los científicos sintetizaron nitruro de carbono cristalino en forma de poliheptazina imida (PHI), utilizando metales de transición no nobles o abundantes en tierra, especialmente cobre, para producir fotocatalizadores activos de luz visible.

A continuación, utilizaron los fotocatalizadores en reacciones de oxidación de metano con peróxido de hidrógeno como iniciador. El catalizador de cobre-PHI generó un gran volumen de productos líquidos oxigenados, especialmente metanol (2.900 micromoles por gramo de material, o µmol.g-1 en cuatro horas).

"Descubrimos el mejor catalizador y otras condiciones esenciales para la reacción química, como el uso de una gran cantidad de agua y sólo una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno, que es un agente oxidante", dijo Teixeira. "Los próximos pasos incluyen conocer mejor los sitios activos de cobre en el material y su papel en la reacción. También tenemos previsto utilizar el 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".

Otro punto que el grupo seguirá investigando está relacionado con el cobre. "Trabajamos con cobre disperso. Cuando escribimos el artículo, no sabíamos si se trataba de átomos aislados o de racimos. Ahora sabemos que son racimos", explicó.

En el estudio, los científicos utilizaron metano puro, pero en el futuro extraerán el gas de fuentes renovables como la biomasa. Según las Naciones Unidas, el metano ha causado hasta ahora cerca del 30% del calentamiento global desde la era preindustrial. Las emisiones de metano procedentes de la actividad humana podrían reducirse hasta en un 45% en la próxima década, evitando un aumento de casi 0,3°C para 2045.

La estrategia de convertir el metano en combustible líquido utilizando un fotocatalizador es nueva y no está disponible comercialmente, pero su potencial a corto plazo es significativo. "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, refiriéndose a un estudio publicado en la revista Science por investigadores afiliados a universidades de Estados Unidos y Reino Unido, y dirigido por Graham Hutchings, profesor de la Universidad de Cardiff (Gales).

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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