Sería una triple victoria:para el clima, recursos de materia prima, y la industria química. Con su trabajo, Los científicos del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck en Berlín esperan sentar las bases para extraer productos químicos útiles, como plásticos, del metano que generalmente se quema durante la producción de petróleo. Están estudiando cómo diseñar un catalizador que convierta el metano en eteno de manera más eficiente de lo que es posible actualmente. Ahora han encontrado una pista innovadora.

Alrededor de 140 mil millones de metros cúbicos de metano, que se escapa durante la producción mundial de petróleo, se encienden todos los años. Esto es considerablemente más que los 90 mil millones de metros cúbicos estimados de gas natural que consumió Alemania en 2019. Esto no solo alimenta el cambio climático, sino que también desperdicia un combustible fósil no renovable. Sin embargo, No sería rentable construir oleoductos o plantas de licuefacción para las cantidades relativamente pequeñas de metano extraídas incidentalmente en sitios individuales de producción de petróleo. Sería, sin embargo, Valdría la pena transportar el metano si pudiera convertirse económicamente en sustancias de interés para la industria química. Una de esas sustancias es el eteno, el material de partida para polietileno y muchos otros productos. Estos se producen casi exclusivamente a partir de petróleo crudo. Desafortunadamente, la reacción química que convierte el metano directamente en eteno se produce a altas temperaturas. "Esto no solo cuesta mucha energía, pero también da como resultado que una gran proporción del metano se queme para formar el subproducto indeseable CO ₂ , "dice Annette Trunschke, Líder del grupo de investigación en el Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck. "Así que todavía no tiene mucho sentido".

El sodio es el componente esencial

El químico y su equipo quieren cambiar esto. Por eso han puesto la mira en el componente decisivo del proceso:el catalizador de sodio, manganeso, tungsteno, y silicio. Esto facilita la conversión química del metano en eteno, aunque hasta ahora solo a 700 ° C. Para desarrollar catalizadores que funcionen a temperaturas más bajas (es decir, con menos aporte de energía) y promuevan solo la formación de los productos deseados, Los químicos primero necesitan saber qué es importante en un catalizador para esta reacción. Según la investigación del grupo de Trunschke, este componente esencial es el sodio.

"Hasta ahora, Ha habido varias teorías sobre qué elemento del catalizador es crucial para convertir el metano en eteno, "dice Trunschke." Fue una sorpresa que el sodio, de todas las cosas, era el componente importante porque en realidad debería evaporarse a las altas temperaturas de la reacción ". Sin embargo, la investigación ha revelado algo más. A altas temperaturas, el metal alcalino se convierte en óxido de sodio catalíticamente activo. El óxido se libera solo por un corto tiempo y en cantidades mínimas debido a la estrecha interacción con los otros componentes del catalizador, y así se evita que se evapore. "Esto deja en claro que los otros componentes del catalizador son necesarios solo para liberar y estabilizar la forma activa del catalizador, "dice Trunschke.

Conexión en vivo al catalizador de trabajo

Los investigadores llegaron a esta conclusión porque fueron los primeros en observar el catalizador en acción. Usando espectroscopía Raman en un aparato especialmente desarrollado, analizaron qué sustancias se producen en el catalizador mientras los materiales de partida de la reacción fluyen sobre él. "Hasta aquí, los catalizadores se han estudiado solo antes y después de la catálisis. Hasta ahora, los análisis que utilizan espectroscopía Raman a altas temperaturas se han realizado solo en catalizadores que no funcionan, "dice Maximilian Werny, quien hizo los experimentos como parte de su tesis de maestría. "Con espectroscopía Raman, hemos observado por primera vez cómo se crean los productos ".

Tanto la posibilidad de obtener una imagen en vivo de la conversión de metano en eteno, y el conocimiento del catalizador hecho de sodio, manganeso, tungsteno, y el silicio podría ayudar a los químicos a desarrollar mediadores químicos que funcionen a temperaturas más bajas y, por lo tanto, produzcan solo lo deseado, productos útiles y sin CO ₂ de una manera más específica. Un enfoque podría ser reemplazar el sodio con otros metales alcalinos y probar si los catalizadores correspondientes producen eteno a temperaturas más bajas. "Probablemente necesitaría otros componentes para mantener el metal en su lugar, ", dice Trunschke. Ella y su equipo podrían seguir el modo de acción de los candidatos para catalizadores alternativos. Los químicos deberían poder desarrollar un catalizador que ayude a prevenir el desperdicio de metano en la producción de petróleo y hacer al menos un pequeña contribución a la protección del clima.