El enfoque desarrollado en el MIT podría ayudar a frenar el “destello” innecesario de potentes gases de efecto invernadero.
El profesor de química del MIT Yogesh Surendranath y tres colegas han encontrado una forma de usar la electricidad, que podría provenir de fuentes renovables, para convertir el metano en derivados del metanol. Los investigadores desarrollaron un proceso electroquímico a baja temperatura que repondría continuamente un material catalítico que puede llevar a cabo rápidamente la conversión.
El gas metano, un vasto recurso natural, a menudo se elimina a través de la quema, pero una nueva investigación de los científicos del MIT podría facilitar la captura de este gas para su uso como combustible o como materia prima química.
Muchos pozos de petróleo queman metano, el componente más grande de gas natural, en un proceso llamado quema, que actualmente desperdicia 150 mil millones de metros cúbicos de gas cada año y genera una asombrosa cantidad de 400 millones de toneladas de dióxido de carbono, haciendo que este proceso contribuya significativamente a calentamiento global. Dejar escapar el gas sin quemar daría un mayor daño ambiental, 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 el gas natural se promociona como un combustible “puente” importante 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, ubicación, ubicación.
Los pozos donde se bombea metano se explotan principalmente para su petróleo; el metano es simplemente un subproducto. En lugares donde es conveniente hacerlo, el metano se captura y se usa para generar energía eléctrica o producir productos químicos. Sin embargo, se necesitan equipos especiales para enfriar y presurizar el gas metano, y se necesitan recipientes o tuberías presurizadas especiales para transportarlo. En muchos lugares, como las plataformas petrolíferas en alta mar o los campos petroleros remotos lejos de la infraestructura necesaria, eso 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 podría provenir de fuentes renovables, para convertir el metano en derivados del metanol, un líquido que puede transformarse en combustible para automóviles o usarse como precursor de una variedad de productos químicos Este nuevo método puede permitir la conversión de metano de menor costo en sitios remotos. Los hallazgos, descritos en la revista ACS Central Science , podrían allanar el camino para hacer uso de un suministro significativo de metano que de otro modo estaría totalmente desperdiciado.
“Este descubrimiento abre las puertas a un nuevo paradigma de química de conversión de metano”, dice Jillian Dempsey, profesora asistente de química en la Universidad de Carolina del Norte, que no participó en este trabajo.
Los procesos industriales existentes para convertir metano en formas químicas intermedias líquidas requieren temperaturas operativas muy elevadas y equipos grandes, intensivos en capital. En cambio, los investigadores han desarrollado un proceso electroquímico a baja temperatura que repondría continuamente un material catalítico que puede llevar a cabo rápidamente la conversión. Esta tecnología podría conducir a “un costo relativamente bajo, además de las operaciones existentes en el pozo”, dice Surendranath, que es el profesor asistente de desarrollo profesional de Paul M. Cook en el Departamento de Química del MIT.
La electricidad para alimentar tales sistemas podría provenir de aerogeneradores o paneles solares cercanos al sitio, dice. Este proceso electroquímico, dice, podría proporcionar una forma de hacer la conversión de metano, un proceso también conocido como funcionalización, “de forma remota, donde están muchas de las reservas de metano ‘varadas’ ‘.
Según él, “el metano está desempeñando un papel clave como combustible de transición”. Pero la cantidad de este combustible valioso que ahora se acaba de explotar, dice, “es bastante asombroso”. Esa gran cantidad de gas natural desperdiciado puede incluso ser visto en imágenes satelitales de la Tierra por la noche, en áreas como los campos de petróleo de Bakken en Dakota del Norte que se iluminan tan brillantemente como las grandes áreas metropolitanas debido a la quema. Según estimaciones del Banco Mundial, la quema mundial de metano desperdicia una cantidad equivalente a aproximadamente un quinto del consumo de gas natural de los Estados Unidos.
Cuando se gasta ese gas en lugar de liberarlo directamente, Surendranath dice: “estás reduciendo el daño ambiental, pero también estás desperdiciando la energía”. Encontrar una manera de hacer conversión de metano a un costo lo suficientemente bajo como para que sea práctico para el control remoto Los sitios “han sido un gran desafío en química durante décadas”, dice. Lo que hace que la conversión de metano sea tan dura 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 desbocado que destruye el producto final deseado.
Los catalizadores que podrían hacer el trabajo se han estudiado durante muchos años, pero suelen exigir los agentes químicos agresivos que limitan la velocidad de la reacción, dice. El nuevo avance clave fue la adición de una fuerza motriz eléctrica que podría ser sintonizada con precisión para generar más potentes catalizadores con muy altas velocidades de reacción. “Puesto que estamos utilizando electricidad para impulsar el proceso, esto abre nuevas oportunidades para hacer el proceso más rápido, selectivo y portátil que los métodos existentes”, dice Surendranath. Y, además, “podemos acceder a catalizadores que nadie ha observado antes, porque estamos generando de un modo nuevo”.
El resultado de la reacción es un par de productos químicos líquidos, bisulfato de metilo y ácido metanosulfónico, que se pueden procesar adicionalmente para producir metanol líquido, un valioso producto químico intermedio para combustibles, plásticos y productos farmacéuticos. Los pasos de procesamiento adicionales necesarios para fabricar metanol siguen siendo un gran desafío y deben perfeccionarse antes de que esta tecnología pueda implementarse a escala industrial. Los investigadores están refinando 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 los precursores de metano a metanol, sino que incluye una visión detallada de cómo el sistema es capaz de llevar a cabo esta química selectiva. La información mecanicista será fundamental para traducir este emocionante descubrimiento en una tecnología industrial “, dice Dempsey.
El equipo de investigación incluyó al postdoctoral Matthew O’Reilly y las estudiantes de doctorado Rebecca Soyoung Kim y Seokjoon Oh, todos en el Departamento de Química del MIT. El trabajo fue respaldado por la compañía energética italiana Eni SpA a través de la Iniciativa MIT Energy.
Fuente: MIT