Los químicos de la UNSW han diseñado un nuevo "vicio" molecular al incluir el osmio, un metal raro, que puede unir metano durante horas, proporcionando evidencia crucial para un paso intermedio que informará a los nuevos catalizadores para almacenar, transportar o transformar el gas en metanol y ayudar. para evitar el desperdicio de gas en todo el mundo.

Este nuevo complejo de "osmio-metano" puede unir metano, mejor conocido como gas natural, durante horas, mucho más que el estándar actual de microsegundos, lo que permite que su análisis cree nuevos catalizadores potenciales para transformar el metano.

"Descubrimos que el metano, que generalmente es inerte, interactuará con una especie centrada en el osmio-metal para formar un complejo de osmio-metano relativamente estable. Nuestro complejo tiene una vida media efectiva de alrededor de 13 horas", dice James Watson, líder autor que publica en Nature Chemistry . "Esto significa que la mitad del complejo tarda 13 horas en descomponerse.

"Esta estabilidad, junto con la vida útil relativamente larga de este complejo, permite un análisis profundo de la estructura, formación y reactividad de esta clase de complejos [de osmio] y ayuda a informar el diseño de catalizadores que tienen el potencial de transformar metano en compuestos sintéticamente más útiles".

La técnica analítica a la que se refiere el Sr. Watson es la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). La muestra, para ser analizada correctamente, debe existir durante más de unos pocos minutos, algo que no era factible con los complejos metal-metano anteriores formados a partir de metano molecular (que existió solo durante microsegundos). El complejo de osmio-metano produce una vida media de 13 horas mucho más estable y otras ventajas.

"[En] este complejo, el metano se coloca perfectamente, cerca del centro de osmio metálico del catalizador, lo que nos permite realizar transformaciones químicas en el metano", dice el Sr. Watson.

El propósito de la espectroscopia de RMN es definir el complejo metal-metano para que se puedan desarrollar catalizadores para transformar el metano en metanol u otros productos.

El metano (gas natural) es una molécula potente como fuente de combustible y como gas de efecto invernadero y, sin embargo, grandes volúmenes del mismo se queman en todo el mundo, no para calentar hogares o cocinar alimentos, sino que, en cambio, se expulsan como desechos.

"El metano es un subproducto no deseado de la producción de petróleo y, por lo general, por razones económicas, se quema en un proceso conocido como 'quema'", dice el coautor, el profesor asociado Graham Ball. "La cantidad de gas quemado de esta manera es aproximadamente equivalente a la demanda de gas natural de América Central y del Sur, lo que genera 265 millones de toneladas de CO₂ emisiones en 2020".

Este desperdicio ocurre porque el proceso de convertir el metano (gas) en un combustible práctico en el sitio, como el metanol (un líquido), históricamente ha sido económicamente inviable. Simplemente no hemos podido convertirlo.

"Una forma de convertir el metano en combustibles líquidos es mediante el uso de catalizadores que contienen elementos de metales de transición", explica A/Prof. Pelota.

"No solo [son los combustibles líquidos] mucho más convenientes y mucho más seguros que almacenar gases, sino que también [vienen] a un costo de energía mucho menor.

"Los combustibles líquidos son más fáciles de transportar y se integrarían fácilmente en nuestra infraestructura de combustible existente:la gasolina E10 ya tiene un 10 por ciento de etanol. Si hubiera métodos eficientes y comercialmente viables para convertir el metano en metanol, por ejemplo, esto también proporcionaría un incentivo para retener metano para la conversión y evitar quemarlo sin propósito, reduciendo el uso general de combustibles fósiles y las emisiones dañinas".

Traducir el metano a un estado que sea más compatible y práctico que el "gas" ofrece más beneficios.

"Quizás el uso más pertinente del metano como materia prima sería su secuestro de la atmósfera, lo que podría frenar el daño duradero que se le está haciendo al medio ambiente y ayudar a limitar el calentamiento global a 1,5 °C", dice James Watson.

Encontrar osmio

Dada la candidatura principal del osmio para unir metano, ¿por qué tomó tanto tiempo encontrarlo? ¿Y cómo lo identificó el equipo?

"Antes de sintetizar cualquier molécula, usamos métodos computacionales para predecir qué moléculas contendrían tanto un metal reactivo como un 'sitio vacante', un sitio que se uniría al metano con mayor fuerza", dice A/ Prof. Ball.

"Es por eso que terminamos usando un metal bastante esotérico, osmio en este caso, con otros grupos de átomos a su alrededor, ya que el modelo predijo que debería unirse bien al metano... y lo hace.

"El sitio vacante se genera al iluminar con luz ultravioleta una solución de un compuesto de metal de transición precursor que se disuelve en un solvente de hidrofluorocarbono cuidadosamente seleccionado, todo lo cual ocurre en presencia de metano agregado. La elección del solvente es crucial, ya que todos los solventes de laboratorio comunes se unen con preferencia al metano, pero el hidrofluorocarbono no".

Entonces, la combinación del osmio y el solvente (la eficacia del solvente ha sido previamente identificada por la Dra. Camile Holt) es la clave aquí.

"[Si bien] es poco probable que este complejo exacto [osmio-metano] se explote en beneficio del medio ambiente, si pudiéramos refinar aún más el complejo para que continuara uniendo preferentemente metano a temperaturas superiores a -90°C entonces podremos realizar más manipulaciones en el metano unido y, en última instancia, convertir el metano en productos de valor agregado", dice el Sr. Watson.

Según los investigadores, este complejo de osmio-metano representa un paso importante en la conversión del metano en otros compuestos.

"Esperamos que nuestro descubrimiento informe el diseño de catalizadores más eficientes de próxima generación que puedan ser comercialmente viables", dice A/Prof. Pelota. + Explora más

Las emisiones tropicales de metano contribuyen en gran medida a los cambios recientes en la tasa de crecimiento global del metano atmosférico