Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de Lovaina en Bélgica ha perfeccionado aún más un proceso que podría marcar un hito importante hacia una economía de combustible de metanol. Dada la abundancia de metano como materia prima, es el progreso el que podría cambiar fundamentalmente la forma en que el mundo usa el gas natural.
El metanol, el alcohol más simple, se utiliza para fabricar diversos productos, como pinturas y plásticos, y como aditivo para la gasolina. Rico en hidrógeno, el metanol puede alimentar pilas de combustible de próxima generación que podrían producir importantes beneficios medioambientales.
Una conversión que puede convertirse en revolución
Si el gas natural, del cual el metano es el componente principal, pudiera convertirse económicamente en metanol, sería un verdadero golpe. El combustible líquido resultante se almacenaría y transportaría mucho más fácilmente que el gas natural y el hidrógeno puro. Y esto también reduciría significativamente las emisiones de metano de las plantas de tratamiento de gas natural y las tuberías.
Hoy en día, el metano, un gas de efecto invernadero muchas veces más potente que el dióxido de carbono, casi anula los beneficios ambientales del gas natural sobre el petróleo y el carbón. El nuevo estudio del equipo en la edición actual de Science es el último en promover una forma de bajo consumo energético para producir metanol a partir de metano.
"Este proceso utiliza cristales comunes conocidos como zeolitas de hierro que se sabe que convierten el gas natural en metanol a temperatura ambiente", explica. Benjamín Snyder, quien obtuvo su doctorado en Stanford estudiando catalizadores para abordar aspectos clave de este desafío. "Pero esta es una química extremadamente desafiante de lograr en un nivel práctico, ya que el metano es obstinadamente inerte desde un punto de vista químico".
Cuando se infunde metano en el zeolitas de hierro poroso, el metanol se produce rápidamente a temperatura ambiente sin necesidad de calor o energía adicionales. En comparación, el proceso industrial convencional para fabricar metanol a partir de metano requiere temperaturas de 1000 ° C (1832 ° F) y presiones extremadamente altas.
Es un proceso económicamente atractivo, pero no es tan fácil. Importantes barreras impiden que este proceso llegue a niveles industriales.
Edward Solomon, profesor de química y ciencia de fotones en Stanford en el SLAC National Accelerator Laboratory. Solomon es el autor principal del nuevo estudio.
Mantenga las zeolitas encendidas para producir metanol.
El problema que ahora se interpone en el camino de la difusión masiva de los métodos de obtención de metanol a temperatura ambiente reside precisamente en las zeolitas de hierro. Desafortunadamente, la mayoría de ellos se apagan rápidamente. En otras palabras, el proceso funciona pero lleva muy poco tiempo.
Por lo tanto, el próximo objetivo ahora es mejorar el rendimiento de estos silicatos. Un nuevo estudio, también desarrollado por el coautor hannah roda, estudiante de doctorado en química inorgánica de Stanford, utiliza espectroscopía avanzada para explorar la estructura física de las zeolitas más prometedoras para la producción de metano-metanol.
La pregunta clave es cómo obtener metanol sin destruir el catalizador.
hannah roda, Universidad Stanford
Análisis del equipo y el "efecto jaula"
Al elegir dos zeolitas de hierro, el equipo estudió la estructura física de sus redes. Descubrieron que la reactividad variaba mucho según el tamaño de los poros en la estructura cristalina circundante. El equipo llama a esto el 'efecto de jaula', ya que la celosía encapsulante parece una jaula.
Si los poros de las jaulas son demasiado grandes, el sitio activo se desactiva después de un solo ciclo de reacción y nunca se vuelve a reactivar. Sin embargo, cuando las aberturas de los poros son más pequeñas, coordinan una "danza" molecular precisa entre los reactivos y prolongan la duración del proceso. Aprovechando esta función, el equipo pudo reactivar repetidamente el 40% de los sitios desactivados, un avance conceptual significativo hacia un proceso catalítico a escala industrial.
El ciclo catalítico podría algún día conducir a una producción continua y económica de metanol a partir de gas natural.
Benjamín Snyder, Universidad Stanford
El camino hacia el combustible de metanol
Aún queda mucho trabajo por hacer, pero hay dos cosas que decir. Antes: en cualquier caso, se trata de un avance fundamental en la ciencia básica. Porque ayudará a aclarar a los químicos e ingenieros químicos el proceso que utilizan las zeolitas de hierro para producir metanol a temperatura ambiente. Segundo: sin espectroscopía avanzada, este descubrimiento hubiera sido imposible. Una tecnología que está avanzando en la investigación en muchos campos, hace mucho tiempo te escribí sobre un estudio para permitir que las personas se comuniquen incluso cuando se encuentran en un estado de inconsciencia forzada.
