L'aumento dell'offerta e l'ottimizzazione del costo del gas naturale hanno spinto le industrie chimiche a cercare nuovi modi per convertire il metano, il principale costituente del gas naturale, all'etilene, un idrocarburo ampiamente utilizzato nei prodotti chimici come la plastica. L'accoppiamento ossidativo del metano (OCM) è di grande interesse come metodo potenzialmente efficiente, ma è ancora poco pratico per le applicazioni commerciali, ad esempio la temperatura di reazione è superiore a 700 gradi C, che richiedono attrezzature costose con elevata resistenza al calore, che aumenta il costo di produzione.

Gli scienziati della Waseda University hanno scoperto un nuovo meccanismo di reazione OCM che si verifica a una temperatura di soli 150 gradi C. La nuova reazione catalitica, che ha dimostrato sia un alto rendimento che un'attività catalitica, è stato fatto in un campo elettrico, e potrebbe fornire un metodo più conveniente per sintetizzare l'etilene in futuro. I risultati sono stati pubblicati nel Journal of Physical Chemistry C il 22 gennaio 2018.

"L'esecuzione dell'OCM in un campo elettrico ha abbassato drasticamente la temperatura di reazione, e siamo riusciti a sintetizzare in modo efficiente l'idrocarburo C2, compreso etilene, dall'ossigeno nell'atmosfera con il metano, "dice Shuhei Ogo, assistente professore di chimica catalitica a Waseda.

Spiega che applicando un campo elettrico, l'ossigeno reticolare di un catalizzatore viene attivato e diventa una specie reattiva dell'ossigeno, anche a temperature fino a 150 gradi C. "Il meccanismo di reazione redox, che ripete il consumo e la rigenerazione delle specie reattive dell'ossigeno sulla superficie del catalizzatore, mantiene il ciclo di reazione catalitica in corso." I rapporti su tale fenomeno sono senza precedenti, e i risultati di questo studio sono considerati i primi del suo genere al mondo.

Questo meccanismo di reazione può ridurre il costo di produzione dell'etilene perché le fonti di calore ad alta temperatura e i dispositivi di scambio di calore su larga scala diventano inutili, contenere anche i costi delle strutture e della loro gestione. Non solo grandi produttori, ma anche i pozzi di gas di piccole e medie dimensioni con scale di produzione più piccole possono beneficiare del costo ridotto.

"I risultati di questo studio possono essere utilizzati per vari tipi di reazione catalitica che procede per meccanismo di reazione redox, pur fornendo elevata selettività e stabilità, nonché efficienza energetica a bassa temperatura, "Ogo aggiunge.

Il gruppo di ricerca prevede di approfondire lo studio del catalizzatore altamente attivo e selettivo nel campo elettrico.