Mentre lavoriamo verso modi più sostenibili per alimentare i nostri stili di vita, c'è una ricerca per colmare il divario tra i combustibili fossili che emettono anidride carbonica su cui facciamo affidamento per i nostri bisogni più elementari, e il pulitore, ma non ancora tecnologie alternative economicamente realizzabili.

A quello scopo, un gruppo dell'Università di Santa Barbara ha esplorato metodi con cui il metano (CH4) attualmente economico e abbondante può essere ridotto a idrogeno (H2) a combustione pulita, prevenendo anche la formazione di anidride carbonica (CO2), un gas serra. Il suo rapporto, "Metalli fusi catalitici per la conversione diretta del metano in idrogeno e carbonio separabile, " appare sul giornale Scienza .

"Negli Stati Uniti., il metano sarà il cuore della nostra economia per quattro o cinque decenni, e trovare modi per usarlo in modo più sostenibile è ciò che ci motiva, ", ha detto il professore di ingegneria chimica dell'UCSB Eric McFarland. "Questo documento è stato un punto di vista interessante su qualcosa che stavamo osservando da molto tempo".

Un prodotto di processi sia naturali che artificiali, il metano, il componente principale del gas naturale, è un'importante fonte di combustibile per cucinare, riscaldare e alimentare le nostre case e viene utilizzato nella produzione e nei trasporti. Essendo un prodotto di scarto che è un gas serra più potente dell'anidride carbonica, è l'obiettivo di molti sforzi per catturare e ridurre tali emissioni.

Il reforming del metano a vapore (SMR) è stato commercializzato per decenni ed è il processo più comune per la produzione di idrogeno commerciale. Però, sottolineano i ricercatori, SMR consuma quantità significative di energia e produce necessariamente anidride carbonica, che di solito viene rilasciato nell'atmosfera. Quando il processo è stato introdotto, La CO2 non è stata considerata un problema. Ma quando siamo diventati più consapevoli dei gas serra, è diventata una preoccupazione globale. Il costo di gestione del processo SMR, e i potenziali costi aggiuntivi delle tasse sul carbonio e del sequestro del carbonio, mette a rischio la produzione di idrogeno da parte di SMR per aumenti significativi dei costi, specialmente in operazioni su piccola scala che potrebbero fornire l'idrogeno necessario per i veicoli a celle a combustibile.

Il team dell'UCSB include una collaborazione di lunga data sugli approcci catalitici alla conversione del gas naturale tra il chimico teorico e il professor Horia Metiu e McFarland. Insieme al professore di ingegneria chimica Michael Gordon, hanno iniziato a studiare l'uso di metalli fusi e sali fusi come sistemi catalitici interessanti e inesplorati. Il lavoro teorico di Metiu ha suggerito che diverse combinazioni di metalli nelle leghe fuse potrebbero fornire una maggiore attività catalitica per convertire il metano in idrogeno e carbonio solido. I ricercatori hanno sviluppato un metodo in un'unica fase mediante il quale il metano può essere convertito in idrogeno, che non è solo più semplice e potenzialmente meno costoso dei metodi SMR convenzionali, e si traduce in una forma solida di carbonio che può essere facilmente trasportata e immagazzinata indefinitamente.

"Introduci una bolla di gas metano sul fondo di un reattore riempito con questo metallo fuso cataliticamente attivo, " ha spiegato McFarland. "Mentre la bolla sale, le molecole di metano colpiscono la parete della bolla e reagiscono per formare carbonio e idrogeno."

Infine, Lui continuò, quando la bolla di metano raggiunge la superficie, si è scomposto in gas idrogeno, che viene rilasciato nella parte superiore del reattore; i solidi di carbonio che galleggiano nella parte superiore del metallo liquido possono quindi essere rimossi. Rispetto ai metodi convenzionali che si basano su reazioni che si verificano su superfici solide, le superfici in lega di metallo fuso non vengono disattivate dall'accumulo di carbonio e possono essere riutilizzate a tempo indeterminato. La combinazione di un metallo liquido attivo e la sua solubilità all'idrogeno consente al fuso di assorbire relativamente più idrogeno e carbonio di quanto potrebbe essere presente nelle bolle di gas. Ciò consente al processo di essere efficiente con metano ad altissima pressione per produrre idrogeno ad alta pressione.

"Ti stai davvero permettendo di allontanare tutti i prodotti dai reagenti e questo fa sì che l'equilibrio si sposti verso i prodotti. Il processo in linea di principio può funzionare ad alta pressione e ottenere comunque una conversione del metano molto elevata, "Ha detto McFarland.

L'ecosistema per implementare questo tipo di tecnologia esiste già, data l'infrastruttura esistente per il trattamento di idrocarburi come carbone e gas naturale, l'attuale abbondanza di metano, e gli sforzi legislativi e industriali per rafforzare la cattura delle emissioni fuggitive, secondo McFarland. La ricerca ha catturato l'attenzione e il sostegno di Royal Dutch Shell, Ha aggiunto. L'elettricità prodotta dall'idrogeno derivato da questo processo ad anidride carbonica zero sarebbe più economica delle tariffe attuali per l'energia solare, quale, mentre in definitiva più sostenibile, non è competitivo in termini di costi con i combustibili fossili oggi.

"Se il mondo intero è ricco, allora l'eolico e il solare avrebbero un costo sufficientemente basso per essere ampiamente utilizzati, ma non è abbastanza economico per il mondo che abbiamo oggi, " ha detto McFarland. Dal punto di vista delle emissioni, Lui continuò, è particolarmente importante distribuire a basso costo, tecnologie a basse emissioni in luoghi come la Cina, attualmente il più grande emettitore di gas serra al mondo. India e Africa, che hanno enormi e crescenti consumi di idrocarburi, trarrebbe vantaggio anche da tale tecnologia; non sono ancora abbastanza ricchi per potersi permettere il lusso dei pannelli solari.