Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stanford e da Universidade de Leuven, na Bélgica, refinou ainda mais um processo que poderia marcar um passo importante em direção à economia de metanol. Dada a abundância de metano como matéria-prima, é um avanço que poderá mudar fundamentalmente a forma como o mundo utiliza o gás natural.
O metanol, o álcool mais simples, é usado na fabricação de diversos produtos, como tintas e plásticos, e como aditivo à gasolina. Rico em hidrogênio, o metanol pode alimentar células de combustível de próxima geração que poderiam produzir benefícios ambientais significativos.
Uma conversão que pode se tornar uma revolução
Se o gás natural, do qual o metano é o principal componente, pudesse ser economicamente convertido em metanol, seria de facto uma grande conquista. O combustível líquido resultante seria armazenado e transportado muito mais facilmente do que o gás natural e o hidrogênio puro. E isto também reduziria significativamente as emissões de metano das fábricas e gasodutos de processamento de gás natural.
Hoje, o metano, um gás com efeito de estufa muitas vezes mais potente que o dióxido de carbono, quase anula as vantagens ambientais do gás natural em relação ao petróleo e ao carvão. O novo estudo da equipe na edição atual da Science é o mais recente a promover uma forma de baixo consumo de energia para produzir metanol a partir do metano.
“Este processo utiliza cristais comuns conhecidos como zeólitas de ferro, que convertem gás natural em metanol à temperatura ambiente”, explica ele. Benjamim Snyder, que obteve seu doutorado em Stanford estudando catalisadores para abordar os principais aspectos desse desafio. “Mas esta é uma química extremamente desafiadora de se alcançar em um nível prático, já que o metano é teimosamente quimicamente inerte.”
Quando o metano é infundido no zeólitas de ferro poroso, o metanol é produzido rapidamente à temperatura ambiente sem a necessidade de calor ou energia adicional. Em comparação, o processo industrial convencional para fazer metanol a partir do metano requer temperaturas de 1000 ° C (1832 ° F) e pressões extremamente altas.
É um processo economicamente atraente, mas não tão fácil. Barreiras significativas impedem que esse processo seja levado aos níveis industriais.
Eduardo Salomão, professor de química e ciência de fótons de Stanford no SLAC National Accelerator Laboratory. Solomon é o autor sênior do novo estudo
Mantenha as zeólitas acesas para produzir metanol
O problema que agora impede a difusão em massa dos métodos de obtenção do metanol à temperatura ambiente reside precisamente nas zeólitas de ferro. Infelizmente, a maioria deles desliga rapidamente. Em outras palavras, o processo funciona, mas leva muito pouco tempo.
Portanto, o próximo objetivo agora é melhorar o desempenho desses silicatos. Um novo estudo, também desenvolvido pelo co-autor Hannah Rodes, um estudante de Stanford PhD em química inorgânica, usa espectroscopia avançada para explorar a estrutura física dos zeólitos mais promissores para a produção de metano-metanol.
A questão chave é como obter metanol sem destruir o catalisador
Hannah RodesUniversidade de Stanford
A análise da equipe e o “efeito gaiola”
Ao escolher duas zeólitas de ferro, a equipe estudou a estrutura física de suas redes. Eles descobriram que a reatividade variava muito com base no tamanho dos poros na estrutura cristalina circundante. A equipe chama isso de “efeito gaiola”, já que a rede encapsulante se parece com uma gaiola.
Se os poros nas gaiolas forem muito grandes, o sítio ativo é desativado após apenas um ciclo de reação e nunca é reativado novamente. Quando as aberturas dos poros são menores, entretanto, elas coordenam uma "dança" molecular precisa entre os reagentes e prolongam a duração do processo. Aproveitando esse recurso, a equipe conseguiu reativar repetidamente 40% dos sites desativados, um avanço conceitual significativo em direção a um processo catalítico em escala industrial.
O ciclo catalítico pode um dia levar a uma produção contínua e econômica de metanol a partir do gás natural
Benjamim SnyderUniversidade de Stanford
O caminho para o metanol combustível
Ainda há muito trabalho a fazer, mas duas coisas precisam ser ditas. em primeiro lugar: este é, em qualquer caso, um passo fundamental à frente na ciência básica. Porque ajudará a esclarecer para químicos e engenheiros químicos o processo usado pelas zeólitas de ferro para produzir metanol em temperatura ambiente. Segundo: sem a espectroscopia avançada, essa descoberta teria sido impossível. Uma tecnologia que está fazendo progresso na pesquisa em muitos campos, há muito tempo escrevi para você sobre um estudo para permitir que as pessoas se comuniquem mesmo quando em um estado de inconsciência forçada.