Gás metano, um vasto recurso natural, muitas vezes é eliminado através da queima, mas novas pesquisas feitas por cientistas do MIT podem tornar mais fácil a captura desse gás para uso como combustível ou matéria-prima química.

Muitos poços de petróleo queimam metano - o maior componente do gás natural - em um processo chamado de queima, que atualmente desperdiça 150 bilhões de metros cúbicos de gás a cada ano e gera surpreendentes 400 milhões de toneladas de dióxido de carbono, tornando este processo um contribuinte significativo para o aquecimento global. Deixar o gás escapar sem ser queimado levaria a danos ambientais ainda maiores, Contudo, porque o metano é um gás de efeito estufa ainda mais potente do que o dióxido de carbono.

Por que todo esse metano está sendo desperdiçado, quando, ao mesmo tempo, o gás natural é apresentado como um importante combustível "ponte" à medida que o mundo se afasta dos combustíveis fósseis, e é a peça central da chamada revolução do gás de xisto? A resposta, como diz o ditado no ramo imobiliário, é simples:localização, localização, localização.

Os poços onde o metano é queimado estão sendo explorados principalmente para seu petróleo; o metano é simplesmente um subproduto. Em locais onde for conveniente fazê-lo, o metano é capturado e usado para gerar energia elétrica ou produzir produtos químicos. Contudo, é necessário equipamento especial para resfriar e pressurizar o gás metano, e contêineres pressurizados especiais ou dutos são necessários para transportá-lo. Em muitos lugares, como plataformas de petróleo offshore ou campos de petróleo remotos, longe da infraestrutura necessária, isso simplesmente não é economicamente viável.

Mas agora, O professor de química do MIT, Yogesh Surendranath, e três colegas descobriram uma maneira de usar eletricidade, que poderia vir de fontes renováveis, para converter metano em derivados de metanol, um líquido que pode ser transformado em combustível automotivo ou usado como precursor de uma variedade de produtos químicos. Este novo método pode permitir a conversão de metano de baixo custo em locais remotos. As evidências, descrito no jornal ACS Central Science , poderia abrir caminho para o aproveitamento de um suprimento significativo de metano que, de outra forma, seria totalmente desperdiçado.

"Esta descoberta abre as portas para um novo paradigma da química de conversão de metano, "diz Jillian Dempsey, um professor assistente de química na Universidade da Carolina do Norte, que não estava envolvido neste trabalho.

Os processos industriais existentes para converter metano em formas químicas intermediárias líquidas requerem temperaturas de operação muito altas e grandes, equipamento de capital intensivo. Em vez de, os pesquisadores desenvolveram um processo eletroquímico de baixa temperatura que continuamente reabastece um material catalisador que pode realizar a conversão rapidamente. Esta tecnologia pode potencialmente levar a "um custo relativamente baixo, adição no local às operações de cabeça de poço existentes, "diz Surendranath, quem é Paul M. Cook, Professor Assistente de Desenvolvimento de Carreira no Departamento de Química do MIT.

A eletricidade para alimentar esses sistemas pode vir de turbinas eólicas ou painéis solares próximos ao local, ele diz. Este processo eletroquímico, ele diz, poderia fornecer uma maneira de fazer a conversão de metano - um processo também conhecido como funcionalização - "remotamente, onde estão muitas das reservas 'encalhadas' de metano. "

Já, ele diz, “o metano está desempenhando um papel fundamental como combustível de transição”. Mas a quantidade deste combustível valioso que agora é queimada, ele diz, "é bastante impressionante." Essa grande quantidade de gás natural desperdiçado pode até ser vista em imagens de satélite da Terra à noite, em áreas como os campos de petróleo de Bakken na Dakota do Norte, que se iluminam tanto quanto grandes áreas metropolitanas devido à queima. Com base nas estimativas do Banco Mundial, a queima global de metano desperdiça uma quantidade equivalente a aproximadamente um quinto do consumo de gás natural dos EUA.

Quando esse gás é queimado em vez de liberado diretamente, Surendranath diz, "você está reduzindo o dano ambiental, mas você também está desperdiçando energia. "Encontrar uma maneira de fazer a conversão de metano a um custo suficientemente baixo para torná-lo prático para locais remotos" tem sido um grande desafio para a química por décadas, ", diz ele. O que torna a conversão do metano tão difícil é que as ligações carbono-hidrogênio na molécula de metano resistem a serem rompidas, e, ao mesmo tempo, há o risco de exagerar na reação e acabar com um processo descontrolado que destrói o produto final desejado.

Catalisadores que poderiam fazer o trabalho foram estudados por muitos anos, mas normalmente requerem agentes químicos agressivos que limitam a velocidade da reação, ele diz. O novo avanço chave foi adicionar uma força motriz elétrica que poderia ser ajustada precisamente para gerar catalisadores mais potentes com taxas de reação muito altas. "Já que estamos usando eletricidade para conduzir o processo, isso abre novas oportunidades para tornar o processo mais rápido, seletivo, e mais portátil do que os métodos existentes, "Surendranath diz. E, além disso, "podemos acessar catalisadores que ninguém observou antes, porque os estamos gerando de uma nova maneira. "

O resultado da reação é um par de produtos químicos líquidos, bissulfato de metila e ácido metanossulfônico, que pode ser posteriormente processado para produzir metanol líquido, um valioso intermediário químico para combustíveis, plásticos, e produtos farmacêuticos. As etapas de processamento adicionais necessárias para fazer o metanol permanecem muito desafiadoras e devem ser aperfeiçoadas antes que esta tecnologia possa ser implementada em escala industrial. Os pesquisadores estão refinando ativamente seu método para enfrentar esses obstáculos tecnológicos.

“Este trabalho realmente se destaca porque não só relata um novo sistema de funcionalização catalítica seletiva de metano para precursores de metanol, mas inclui uma visão detalhada de como o sistema é capaz de realizar essa química seletiva. A informação mecanicista será fundamental para traduzir esta descoberta emocionante em uma tecnologia industrial, "Dempsey diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.