Gas metano, un vasto recurso natural, a menudo se elimina mediante la quema, pero una nueva investigación realizada por científicos del MIT podría facilitar la captura de este gas para usarlo como combustible o como materia prima química.

Muchos pozos de petróleo queman metano, el componente más grande del gas natural, en un proceso llamado quema, que actualmente desperdicia 150 mil millones de metros cúbicos de gas cada año y genera la asombrosa cantidad de 400 millones de toneladas de dióxido de carbono, haciendo de este proceso un contribuyente significativo al calentamiento global. Dejar que el gas escape sin quemarse conduciría a un daño ambiental aún mayor, sin embargo, porque el metano es un gas de efecto invernadero aún más potente que el dióxido de carbono.

¿Por qué se desperdicia todo este metano? cuando al mismo tiempo se promociona el gas natural como un importante combustible "puente" a medida que el mundo se aleja de los combustibles fósiles, ¿Y es la pieza central de la llamada revolución del gas de esquisto? La respuesta, como dice el refrán en el negocio inmobiliario, es simple:ubicación, localización, localización.

Los pozos donde se quema el metano se explotan principalmente por su petróleo; el metano es simplemente un subproducto. En los lugares donde sea conveniente hacerlo, el metano se captura y se utiliza para generar energía eléctrica o producir productos químicos. Sin embargo, se necesita equipo especial para enfriar y presurizar el gas metano, y se necesitan contenedores o tuberías especiales presurizados para transportarlo. En muchos lugares, tales como plataformas petrolíferas en alta mar o campos petrolíferos remotos lejos de la infraestructura necesaria, eso simplemente no es económicamente viable.

Pero ahora, El profesor de química del MIT, Yogesh Surendranath, y tres colegas han encontrado una forma de utilizar la electricidad. que potencialmente podrían provenir de fuentes renovables, convertir metano en derivados del metanol, un líquido que puede convertirse en combustible para automóviles o usarse como precursor de una variedad de productos químicos. Este nuevo método puede permitir la conversión de metano a menor costo en sitios remotos. Los resultados, descrito en la revista Ciencia Central ACS , podría allanar el camino para hacer uso de un suministro significativo de metano que de otro modo se desperdiciaría por completo.

"Este hallazgo abre las puertas a un nuevo paradigma de la química de conversión de metano, "dice Jillian Dempsey, profesor asistente de química en la Universidad de Carolina del Norte, que no estuvo involucrado en este trabajo.

Los procesos industriales existentes para convertir metano en formas químicas intermedias líquidas requieren temperaturas de operación muy altas y grandes, equipo intensivo en capital. En lugar de, los investigadores han desarrollado un proceso electroquímico de baja temperatura que repondría continuamente un material catalizador que puede llevar a cabo rápidamente la conversión. Esta tecnología podría potencialmente conducir a "un costo relativamente bajo, adición en el sitio a las operaciones de boca de pozo existentes, "dice Surendranath, quien es el profesor asistente de desarrollo profesional Paul M. Cook en el Departamento de Química del MIT.

La electricidad para alimentar dichos sistemas podría provenir de turbinas eólicas o paneles solares cercanos al sitio. él dice. Este proceso electroquímico, él dice, podría proporcionar una forma de realizar la conversión de metano, un proceso también conocido como funcionalización, "de forma remota, donde se encuentran muchas de las reservas de metano 'varadas' ".

Ya, él dice, "El metano está jugando un papel clave como combustible de transición". Pero la cantidad de este valioso combustible que ahora acaba de desaparecer, él dice, "es bastante asombroso". Esa gran cantidad de gas natural desperdiciado incluso se puede ver en imágenes satelitales de la Tierra por la noche, en áreas como los campos petrolíferos de Bakken en Dakota del Norte que se iluminan con tanta intensidad como las grandes áreas metropolitanas debido a las llamas. Según estimaciones del Banco Mundial, quema global de desechos de metano una cantidad equivalente a aproximadamente una quinta parte del consumo de gas natural de EE. UU.

Cuando ese gas se quema en lugar de liberarse directamente, Surendranath dice:"está reduciendo el daño ambiental, pero también está desperdiciando la energía. "Encontrar una manera de convertir metano a un costo lo suficientemente bajo para que sea práctico para sitios remotos" ha sido un gran desafío en la química durante décadas, ", dice. Lo que hace que la conversión de metano sea tan difícil es que los enlaces carbono-hidrógeno en la molécula de metano se resisten a romperse, y al mismo tiempo existe el riesgo de exagerar la reacción y terminar con un proceso descontrolado que destruye el producto final deseado.

Los catalizadores que podrían hacer el trabajo se han estudiado durante muchos años, pero normalmente requieren agentes químicos agresivos que limitan la velocidad de la reacción, él dice. El nuevo avance clave fue agregar una fuerza impulsora eléctrica que podría ajustarse con precisión para generar catalizadores más potentes con velocidades de reacción muy altas. "Dado que utilizamos electricidad para impulsar el proceso, esto abre nuevas oportunidades para acelerar el proceso, selectivo, y portátil que los métodos existentes, "Surendranath dice. Y además, "podemos acceder a catalizadores que nadie ha observado antes, porque los estamos generando de una manera nueva ".

El resultado de la reacción es un par de productos químicos líquidos, bisulfato de metilo y ácido metanosulfónico, que se puede procesar más para hacer metanol líquido, un intermedio químico valioso para los combustibles, plástica, y productos farmacéuticos. Los pasos de procesamiento adicionales necesarios para producir metanol siguen siendo un gran desafío y deben perfeccionarse antes de que esta tecnología se pueda implementar a escala industrial. Los investigadores están perfeccionando activamente su método para abordar estos obstáculos tecnológicos.

"Este trabajo realmente se destaca porque no solo informa un nuevo sistema para la funcionalización catalítica selectiva de metano a precursores de metanol, pero incluye información detallada sobre cómo el sistema puede llevar a cabo esta química selectiva. La información mecanicista será fundamental para traducir este emocionante descubrimiento en una tecnología industrial, "Dice Dempsey.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.