Gas metano, una vasta risorsa naturale, viene spesso smaltito mediante combustione, ma una nuova ricerca degli scienziati del MIT potrebbe rendere più facile catturare questo gas per utilizzarlo come combustibile o materia prima chimica.

Molti pozzi di petrolio bruciano metano, il componente più grande del gas naturale, in un processo chiamato flaring, che attualmente spreca 150 miliardi di metri cubi di gas ogni anno e genera l'incredibile cifra di 400 milioni di tonnellate di anidride carbonica, rendendo questo processo un contributo significativo al riscaldamento globale. Lasciare che il gas fuoriesca incombusto comporterebbe un danno ambientale ancora maggiore, però, perché il metano è un gas serra ancora più potente dell'anidride carbonica.

Perché tutto questo metano viene sprecato, quando allo stesso tempo il gas naturale è pubblicizzato come un importante combustibile "ponte" mentre il mondo si allontana dai combustibili fossili, ed è il fulcro della cosiddetta rivoluzione dello shale-gas? La risposta, come si suol dire nel settore immobiliare, è semplice:posizione, Posizione, Posizione.

I pozzi in cui viene espulso il metano vengono sfruttati principalmente per il loro petrolio; il metano è semplicemente un sottoprodotto. Nei luoghi in cui è conveniente farlo, il metano viene catturato e utilizzato per generare energia elettrica o produrre sostanze chimiche. Però, sono necessarie attrezzature speciali per raffreddare e pressurizzare il gas metano, e per trasportarlo sono necessari speciali contenitori o condutture pressurizzate. In molti posti, come piattaforme petrolifere offshore o giacimenti petroliferi remoti lontani dalle infrastrutture necessarie, non è solo economicamente fattibile.

Ma ora, Il professore di chimica del MIT Yogesh Surendranath e tre colleghi hanno trovato un modo per usare l'elettricità, che potrebbero provenire da fonti rinnovabili, convertire il metano in derivati ​​del metanolo, un liquido che può essere trasformato in carburante per autoveicoli o utilizzato come precursore di una varietà di prodotti chimici. Questo nuovo metodo può consentire la conversione del metano a basso costo in siti remoti. Le scoperte, descritto nel giornale ACS Central Science , potrebbe aprire la strada all'utilizzo di un significativo approvvigionamento di metano che altrimenti andrebbe totalmente sprecato.

"Questa scoperta apre le porte a un nuovo paradigma della chimica di conversione del metano, "dice Jillian Dempsey, un assistente professore di chimica presso l'Università del North Carolina, chi non era coinvolto in questo lavoro.

I processi industriali esistenti per convertire il metano in forme chimiche intermedie liquide richiedono temperature di esercizio molto elevate e grandi attrezzature ad alta intensità di capitale. Anziché, i ricercatori hanno sviluppato un processo elettrochimico a bassa temperatura che ricostituirebbe continuamente un materiale catalizzatore in grado di effettuare rapidamente la conversione. Questa tecnologia potrebbe potenzialmente portare a "un costo relativamente basso, aggiunta in loco alle operazioni di testa pozzo esistenti, "dice Surendranath, che è Paul M. Cook Career Development Assistant Professor presso il Dipartimento di Chimica del MIT.

L'elettricità per alimentare tali sistemi potrebbe provenire da turbine eoliche o pannelli solari vicino al sito, lui dice. Questo processo elettrochimico, lui dice, potrebbe fornire un modo per eseguire la conversione del metano, un processo noto anche come funzionalizzazione, "a distanza, dove si trovano molte delle riserve di metano "incagliate".

Già, lui dice, "il metano sta giocando un ruolo chiave come carburante di transizione". Ma la quantità di questo prezioso carburante che ora è appena divampato, lui dice, "è piuttosto sconcertante". Quella grande quantità di gas naturale sprecato può essere vista anche nelle immagini satellitari della Terra di notte, in aree come i giacimenti petroliferi di Bakken nel North Dakota che si illuminano intensamente come le grandi aree metropolitane a causa del flaring. Sulla base delle stime della Banca Mondiale, il flaring globale di metano spreca una quantità equivalente a circa un quinto del consumo di gas naturale degli Stati Uniti.

Quando quel gas viene espulso invece di essere rilasciato direttamente, Surendranath dice, "stai riducendo il danno ambientale, ma stai anche sprecando energia." Trovare un modo per fare la conversione del metano a un costo sufficientemente basso da renderlo pratico per i siti remoti "è stata una grande sfida in chimica per decenni, " dice. Ciò che rende la conversione del metano così difficile è che i legami carbonio-idrogeno nella molecola del metano resistono alla rottura, e allo stesso tempo c'è il rischio di esagerare con la reazione e finire con un processo fuori controllo che distrugge il prodotto finale desiderato.

I catalizzatori che potrebbero fare il lavoro sono stati studiati per molti anni, ma in genere richiedono agenti chimici aggressivi che limitano la velocità della reazione, lui dice. Il nuovo progresso chiave è stato l'aggiunta di una forza motrice elettrica che potrebbe essere sintonizzata con precisione per generare catalizzatori più potenti con velocità di reazione molto elevate. "Dato che stiamo usando l'elettricità per guidare il processo, questo apre nuove opportunità per rendere più rapido il processo, selettivo, e portatile rispetto ai metodi esistenti, " dice Surendranath. E inoltre, "possiamo accedere a catalizzatori che nessuno ha mai osservato prima, perché li stiamo generando in un modo nuovo."

Il risultato della reazione è una coppia di sostanze chimiche liquide, bisolfato di metile e acido metansolfonico, che può essere ulteriormente lavorato per produrre metanolo liquido, un prezioso intermedio chimico per i combustibili, plastica, e farmaceutici. Le fasi di lavorazione aggiuntive necessarie per produrre il metanolo rimangono molto impegnative e devono essere perfezionate prima che questa tecnologia possa essere implementata su scala industriale. I ricercatori stanno attivamente perfezionando il loro metodo per affrontare questi ostacoli tecnologici.

"Questo lavoro si distingue davvero perché non solo riporta un nuovo sistema per la funzionalizzazione catalitica selettiva del metano in precursori del metanolo, ma include informazioni dettagliate su come il sistema è in grado di eseguire questa chimica selettiva. Le informazioni meccanicistiche saranno strumentali nel tradurre questa entusiasmante scoperta in una tecnologia industriale, "dice Dempsey.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.