MIT Desarrolla Una Nueva Forma De Aprovechar El Metano Desperdiciado

MIT desarrolla una nueva forma de aprovechar el metano desperdiciado

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. Los investigadores desarrollaron un proceso electroquímico de baja temperatura que repondría continuamente un material catalizador que puede llevar a cabo rápidamente la conversión.

Científicos de MIT han desarrollado una nueva forma de aprovechar el metano desperdiciado que podría ayudar a frenar la “quema” innecesaria de potentes gases de efecto invernadero.

El gas metano, un vasto recurso natural, a menudo se elimina mediante la quema, pero una nueva investigación realizada por científicos del MIT podría facilitar la captura de este gas para su uso como combustible o materia prima química.

Muchos pozos de petróleo queman metano, el componente más grande del gas natural, en un proceso llamado quema, que actualmente desperdicia 150 mil millones de metros cúbicos de gas cada año y genera la asombrosa cantidad de 400 millones de toneladas de dióxido de carbono, lo que hace que este proceso sea un contribuyente significativo para calentamiento global. Sin embargo, dejar que el gas escape sin quemarse conduciría a un daño ambiental aún mayor, 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 importante combustible “puente” 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 quema el metano se explotan principalmente por su petróleo; el metano es simplemente un subproducto. En los lugares donde es conveniente hacerlo, el metano se captura y se usa para generar energía eléctrica o producir químicos. Sin embargo, se necesita equipo especial para enfriar y presurizar el gas metano, y se necesitan contenedores o tuberías especiales presurizados para transportarlo. En muchos lugares, como las plataformas petrolíferas en alta mar o los campos petrolíferos remotos lejos de la infraestructura necesaria, eso simplemente no es económicamente viable.

Pero ahora, 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, un líquido que se puede convertir en combustible automotriz o utilizar como precursor de una variedad de productos químicos. Este nuevo método puede permitir la conversión de metano a 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 otra manera se desperdiciaría por completo.

“Este hallazgo abre las puertas a un nuevo paradigma de la 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 de funcionamiento muy altas y equipos grandes que requieren una gran cantidad de capital. En cambio, los investigadores han desarrollado un proceso electroquímico de baja temperatura que repondría continuamente un material catalizador que puede llevar a cabo rápidamente la conversión. Esta tecnología podría potencialmente conducir a “una adición in situ de costo relativamente bajo a las operaciones existentes en boca de pozo”, dice Surendranath, quien es profesor asistente de desarrollo profesional Paul M. Cook en el Departamento de Química del MIT.

La electricidad para alimentar dichos sistemas podría provenir de turbinas eólicas o paneles solares cercanos al sitio, dice. Este proceso electroquímico, dice, podría proporcionar una forma de realizar la conversión de metano, un proceso también conocido como funcionalización, “de forma remota, donde se encuentran muchas de las reservas de metano ‘varadas'”.

Ya, dice, “el metano está desempeñando un papel clave como combustible de transición”. Pero la cantidad de este valioso combustible que ahora acaba de quemarse, dice, “es bastante asombrosa”. Esa gran cantidad de gas natural desperdiciado incluso se puede ver en imágenes satelitales de la Tierra por la noche, en áreas como los campos petrolíferos de Bakken en Dakota del Norte que se iluminan con tanta intensidad como las grandes áreas metropolitanas debido a las llamas. Según estimaciones del Banco Mundial, la quema global de metano genera una cantidad equivalente a aproximadamente una quinta parte del consumo de gas natural en los Estados Unidos.

Cuando ese gas se quema en lugar de liberarse directamente, Surendranath dice, “estás reduciendo el daño ambiental, pero también estás desperdiciando la energía”. Encontrar una manera de convertir el metano a un costo lo suficientemente bajo como para que sea práctico en sitios remotos “ha sido un gran desafío en química durante décadas”, dice. Lo que hace que la conversión de metano sea tan difícil 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 descontrolado que destruye el producto final deseado.

Los catalizadores que podrían hacer el trabajo se han estudiado durante muchos años, pero por lo general requieren agentes químicos agresivos que limitan la velocidad de la reacción, dice. El nuevo avance clave fue agregar una fuerza impulsora eléctrica que podría ajustarse con precisión para generar catalizadores más potentes con velocidades de reacción muy altas. “Dado que estamos usando electricidad para impulsar el proceso, esto abre nuevas oportunidades para hacer que el proceso sea más rápido, selectivo y portátil que los métodos existentes”, dice Surendranath. Y además, “podemos acceder a catalizadores que nadie ha observado antes, porque los estamos generando de una manera nueva”.

El resultado de la reacción es un par de productos químicos líquidos, bisulfato de metilo y metanosulfónico ácido , que se puede procesar más para producir metanol líquido, un intermedio químico valioso para combustibles, plásticos y productos farmacéuticos. Los pasos de procesamiento adicionales necesarios para producir metanol siguen siendo un gran desafío y deben perfeccionarse antes de que esta tecnología se pueda implementar a escala industrial. Los investigadores están perfeccionando 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 metano a precursores de metanol, sino que incluye información detallada sobre cómo el sistema es capaz de realizar 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 postdoctorado Matthew O’Reilly y los estudiantes de doctorado Rebecca Soyoung Kim y Seokjoon Oh, todos en el Departamento de Química del MIT. El trabajo contó con el apoyo de la empresa energética italiana Eni SpA a través de la MIT Energy Initiative.

Publicación: Matthew E. O’Reilly, et al., “Monofuncionalización catalítica de metano por un intermedio electrogenerado de Pd de alta valentía”, ACS Cent. Sci., 2017; DOI: 10.1021 / acscentsci.7b00342

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