A medida que trabajamos hacia formas más sostenibles de impulsar nuestro estilo de vida, hay una búsqueda para cerrar la brecha entre los combustibles fósiles emisores de dióxido de carbono de los que dependemos para nuestras necesidades más básicas, y el limpiador, pero aún no existen tecnologías alternativas económicamente viables.

Con ese fin, un grupo de la UC Santa Bárbara ha explorado métodos mediante los cuales el metano (CH4), que actualmente es abundante y barato, se puede reducir a hidrógeno de combustión limpia (H2) y, al mismo tiempo, se previene la formación de dióxido de carbono (CO2). un gas de efecto invernadero. Su informe, "Metales fundidos catalíticos para la conversión directa de metano en hidrógeno y carbono separable, "aparece en el diario Ciencias .

"En los EE.UU., el metano será el corazón de nuestra economía durante cuatro o cinco décadas, y descubrir formas de utilizarlo de forma más sostenible es lo que nos motiva, ", dijo el profesor de ingeniería química de UCSB Eric McFarland." Este artículo fue un ángulo interesante sobre algo que hemos estado mirando durante mucho tiempo ".

Un producto de procesos tanto naturales como artificiales, El metano, el componente principal del gas natural, es una fuente importante de combustible para cocinar, calefacción y suministro de energía a nuestros hogares y se utiliza en la fabricación y el transporte. Como producto de desecho que es un gas de efecto invernadero más potente que el dióxido de carbono, es el objetivo de muchos esfuerzos para capturar y reducir dichas emisiones.

El reformado de metano con vapor (SMR) se ha comercializado durante décadas y es el proceso más común para producir hidrógeno comercial. Sin embargo, los investigadores señalan, SMR consume cantidades significativas de energía y necesariamente produce dióxido de carbono, que generalmente se libera a la atmósfera. Cuando se introdujo el proceso, El CO2 no se consideró un problema. Pero a medida que nos volvimos más conscientes de los gases de efecto invernadero, se ha convertido en una preocupación mundial. El costo de operar el proceso SMR, y los posibles costos adicionales de los impuestos al carbono y el secuestro de carbono, pone en riesgo la producción de hidrógeno de SMR por aumentos de costos significativos, especialmente en operaciones de menor escala que podrían proporcionar el hidrógeno necesario para los vehículos con celdas de combustible.

El equipo de UCSB incluye una colaboración de larga data sobre enfoques catalíticos para la conversión de gas natural entre el químico teórico y el profesor Horia Metiu y McFarland. Junto con el profesor de ingeniería química Michael Gordon, comenzaron a investigar el uso de metales fundidos y sales fundidas como sistemas catalíticos interesantes e inexplorados. El trabajo teórico de Metiu sugirió que diferentes combinaciones de metales en aleaciones fundidas podrían proporcionar una mayor actividad catalítica para convertir el metano en hidrógeno y carbono sólido. Los investigadores han desarrollado un método de un solo paso mediante el cual el metano se puede convertir en hidrógeno, que no solo es más simple y potencialmente menos costoso que los métodos SMR convencionales, y da como resultado una forma sólida de carbono que se puede transportar y almacenar fácilmente de forma indefinida.

"Introduces una burbuja de gas metano en el fondo de un reactor lleno de este metal fundido catalíticamente activo, "McFarland explicó." A medida que la burbuja se eleva, las moléculas de metano chocan contra la pared de la burbuja y reaccionan para formar carbono e hidrógeno ".

Finalmente, él continuó, para cuando la burbuja de metano llegue a la superficie, se ha descompuesto en gas hidrógeno, que se libera en la parte superior del reactor; Los sólidos de carbono que flotan en la parte superior del metal líquido pueden desprenderse. En comparación con los métodos convencionales que se basan en reacciones que ocurren en superficies sólidas, las superficies de aleación de metal fundido no se desactivan por la acumulación de carbono y pueden reutilizarse indefinidamente. La combinación de un metal líquido activo y su solubilidad en hidrógeno permite que la masa fundida absorba relativamente más hidrógeno y carbono de los que pueden estar presentes en las burbujas de gas. Esto permite que el proceso sea eficiente con metano a muy alta presión para producir hidrógeno a alta presión.

"Realmente te estás permitiendo sacar todos los productos de los reactivos y eso hace que el equilibrio se desplace hacia los productos. En principio, el proceso puede operar a alta presión y aún así obtener una conversión de metano muy alta, "Dijo McFarland.

El ecosistema para implementar este tipo de tecnología ya existe, dada la infraestructura existente para el procesamiento de hidrocarburos como el carbón y el gas natural, la abundancia actual de metano, y los esfuerzos legislativos y de la industria para reforzar la captura de emisiones fugitivas, según McFarland. La investigación ha captado la atención y el apoyo de Royal Dutch Shell, añadió. La electricidad producida a partir del hidrógeno derivado de este proceso sin dióxido de carbono sería más barata que las tarifas actuales para la energía solar. cuales, mientras que en última instancia es más sostenible, no es competitivo en costos con los combustibles fósiles en la actualidad.

"Si el mundo entero es rico, entonces la energía eólica y solar serían lo suficientemente económicas como para desplegarse ampliamente, pero no es lo suficientemente barato para el mundo que tenemos hoy, ", Dijo McFarland. Desde el punto de vista de las emisiones, él continuó, es particularmente importante implementar bajo costo, tecnologías de bajas emisiones en lugares como China, actualmente el mayor emisor de gases de efecto invernadero del mundo. India y Africa, que tienen un consumo de hidrocarburos enorme y creciente, también se beneficiaría de dicha tecnología; todavía no son lo suficientemente ricos como para tener el lujo de los paneles solares.