À medida que trabalhamos em busca de formas mais sustentáveis ​​de impulsionar nossos estilos de vida, há uma busca para preencher a lacuna entre os combustíveis fósseis que emitem dióxido de carbono, dos quais dependemos para nossas necessidades mais básicas, e o limpador, mas ainda não são tecnologias alternativas economicamente viáveis.

Para esse fim, um grupo da UC Santa Bárbara explorou métodos pelos quais o metano atualmente barato e abundante (CH4) pode ser reduzido a hidrogênio de queima limpa (H2), evitando a formação de dióxido de carbono (CO2), um gás de efeito estufa. Seu relatório, "Metais fundidos catalíticos para a conversão direta de metano em hidrogênio e carbono separável, "aparece no jornal Ciência .

"Nos E.U.A., o metano será o coração da nossa economia por quatro ou cinco décadas, e descobrir maneiras de usá-lo de forma mais sustentável é o que nos motiva, "disse o professor de engenharia química da UCSB, Eric McFarland." Este artigo foi um ângulo interessante sobre algo que vimos há muito tempo. "

Um produto de processos naturais e artificiais, metano - o principal componente do gás natural - é uma importante fonte de combustível para cozinhar, aquecimento e energia de nossas casas e é usado na fabricação e transporte. Como um resíduo que é um gás de efeito estufa mais potente do que o dióxido de carbono, é o alvo de muitos esforços para capturar e reduzir essas emissões.

A reforma do metano a vapor (SMR) é comercializada há décadas e é o processo mais comum para a produção de hidrogênio comercial. Contudo, os pesquisadores apontam, SMR consome quantidades significativas de energia e necessariamente produz dióxido de carbono, que geralmente é liberado na atmosfera. Quando o processo foi introduzido, O CO2 não foi considerado um problema. Mas à medida que nos tornamos mais conscientes dos gases de efeito estufa, tornou-se uma preocupação global. O custo de operação do processo SMR, e os custos adicionais potenciais de impostos de carbono e sequestro de carbono, coloca a produção de hidrogênio por SMR em risco de aumentos de custo significativos - especialmente em operações de menor escala que podem fornecer o hidrogênio necessário para veículos de célula de combustível.

A equipe UCSB inclui uma colaboração de longa data em abordagens catalíticas para a conversão de gás natural entre o químico teórico e a professora Horia Metiu e McFarland. Junto com o professor de engenharia química Michael Gordon, eles começaram a investigar o uso de metais fundidos e sais fundidos como sistemas catalíticos interessantes e inexplorados. O trabalho teórico de Metiu sugeriu que diferentes combinações de metais em ligas fundidas podem fornecer maior atividade catalítica para converter metano em hidrogênio e carbono sólido. Os pesquisadores desenvolveram um método de etapa única pelo qual o metano pode ser convertido em hidrogênio, que não é apenas mais simples e potencialmente menos caro do que os métodos convencionais de SMR, e resulta em uma forma sólida de carbono que pode ser facilmente transportada e armazenada indefinidamente.

"Você introduz uma bolha de gás metano no fundo de um reator preenchido com este metal fundido cataliticamente ativo, "McFarland explicou." À medida que a bolha aumenta, as moléculas de metano atingem a parede da bolha e reagem para formar carbono e hidrogênio. "

Eventualmente, Ele continuou, no momento em que a bolha de metano atinge a superfície, ele se decompôs em gás hidrogênio, que é liberado no topo do reator; sólidos de carbono que flutuam para o topo do metal líquido podem então ser removidos. Em comparação com os métodos convencionais que dependem de reações que ocorrem em superfícies sólidas, as superfícies da liga de metal fundido não são desativadas pelo acúmulo de carbono e podem ser reutilizadas indefinidamente. A combinação de um metal líquido ativo e sua solubilidade em hidrogênio permite que o fundido absorva relativamente mais hidrogênio e carbono do que pode estar presente nas bolhas de gás. Isso permite que o processo seja eficiente com metano de alta pressão para produzir hidrogênio de alta pressão.

"Você está realmente se permitindo retirar todos os produtos dos reagentes e isso faz com que o equilíbrio seja deslocado para os produtos. O processo, em princípio, pode operar em alta pressão e ainda obter uma conversão de metano muito alta, "Disse McFarland.

O ecossistema para implantação desse tipo de tecnologia já existe, dada a infraestrutura existente para o processamento de hidrocarbonetos, como carvão e gás natural, a atual abundância de metano, e esforços legislativos e da indústria para restringir a captura de emissões fugitivas, de acordo com McFarland. A pesquisa atraiu a atenção e o apoio da Royal Dutch Shell, ele adicionou. A eletricidade produzida a partir do hidrogênio derivado deste processo de dióxido de carbono zero seria mais barata do que as taxas atuais para energia solar, que, embora seja mais sustentável, não é competitivo em termos de custos com os combustíveis fósseis hoje.

"Se o mundo inteiro é rico, então, a energia eólica e solar seriam de custo suficientemente baixo para serem amplamente implantadas, mas não é barato o suficiente para o mundo que temos hoje, "Disse McFarland. Do ponto de vista das emissões, Ele continuou, é particularmente importante implantar de baixo custo, tecnologias de baixa emissão em lugares como a China, atualmente, o maior emissor mundial de gases de efeito estufa. Índia e África, que têm consumos enormes e crescentes de hidrocarbonetos, também se beneficiaria de tal tecnologia; eles ainda não são ricos o suficiente para ter o luxo dos painéis solares.