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| Impresión artística del catalizador MOF que convierte el metano en metanol, con la ayuda de la luz solar. ORNL/Jill Hemman |
Los científicos han desarrollado una nueva forma eficiente de convertir el metano en metanol a temperatura ambiente. La técnica podría ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y proporcionar una forma más limpia de fabricar productos clave.
Si bien el dióxido de carbono recibe la mayor parte de la atención, no es el único gas de efecto invernadero que cambia el clima de la Tierra. El metano se emite en cantidades más pequeñas pero es 30 veces más potente, por lo que reducir sus niveles sigue siendo una prioridad. El exceso de metano de los procesos industriales a menudo se quema y eso produce CO2.
Una alternativa comúnmente buscada es convertir el metano en metanol, que puede usarse para fabricar una gama de productos como combustibles, plásticos y materiales de construcción. El problema es que el proceso de conversión generalmente requiere altas temperaturas y presiones, lo que hace que consuma mucha energía.
En los últimos años, los científicos han estado experimentando con nuevos catalizadores que se muestran prometedores en la conversión de metano en metanol a temperatura ambiente y presión ambiental, incluido un catalizador de titanio y cobre y formas de mejorar los cristales de zeolita de hierro.
En el nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Manchester y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge desarrollaron una nueva técnica utilizando un marco orgánico de metal (MOF) como catalizador. Estas estructuras son extremadamente porosas y, en este caso, esos poros contienen una variedad de componentes, cada uno de los cuales juega un papel en el proceso catalítico. La investigación fue publicada en la revista Nature Materials .
Primero, el metano y el oxígeno se mezclan con el agua, que luego fluye continuamente a través de los gránulos de MOF. Exponer el MOF a la luz solar desencadena una reacción química que convierte el metano gaseoso en metanol líquido, que luego se puede extraer fácilmente del agua.
Lo principal que hace que esta conversión en particular sea tan complicada es romper el enlace carbono-hidrógeno en el metano para insertar un átomo de oxígeno para formar un nuevo enlace y producir metanol. En este caso, los componentes contenidos en el MOF absorben la luz y generan electrones, que luego pasan al oxígeno y al metano que fluyen, haciendo que se combinen para formar metanol.
En las pruebas, el catalizador sólido pudo funcionar de manera eficiente y se pudo lavar y reutilizar al menos 10 veces, durante un mínimo de 200 horas de tiempo de reacción. Con un mayor refinamiento, la técnica podría ayudar a reducir las emisiones de metano, así como la huella ambiental de la producción de metanol.
Este proceso, que los científicos han denominado el 'santo grial de la catálisis'", en lugar de quemar metano, ahora permite convertir el gas directamente en metanol, un químico de alto valor que se puede utilizar para producir biocombustibles, disolventes, pesticidas y aditivos de combustible para vehículos.
Más información: Sihai Yang, Direct photo-oxidation of methane to methanol over a mono-iron hydroxyl site, Nature Materials (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01279-1. www.nature.com/articles/s41563-022-01279-1
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