Un gruppo di ricercatori è riuscito a convertire il metano in metanolo utilizzando metalli di transizione leggeri e dispersi come il rame in un processo noto come fotoossidazione. Secondo un articolo che riporta lo studio pubblicato su Comunicazioni chimiche , la reazione è stata la migliore fino ad oggi ottenuta per la conversione del gas metano in combustibile liquido in condizioni ambientali di temperatura e pressione (rispettivamente 25 °C e 1 bar).

Il termine bar come unità di pressione deriva dalla parola greca per peso (baros). Un bar equivale a 100.000 Pascal (100 kPa), che è molto vicino alla pressione atmosferica standard al livello del mare (101.325 Pa).

I risultati dello studio rappresentano un passo importante nel rendere disponibile il gas naturale come fonte di energia per la produzione di combustibili alternativi alla benzina e al diesel. Sebbene il gas naturale sia considerato un combustibile fossile, la sua conversione in metanolo emette meno anidride carbonica (CO₂ ) rispetto ad altri combustibili liquidi della stessa categoria.

In Brasile, il metanolo svolge un ruolo chiave nella produzione di biodiesel e nell'industria chimica, che lo utilizza per sintetizzare molti prodotti.

Inoltre, la cattura del metano dall'atmosfera è fondamentale per mitigare gli effetti negativi dei cambiamenti climatici, poiché il gas ha un potenziale 25 volte superiore alla CO₂ , ad esempio, per contribuire al riscaldamento globale.

"C'è un grande dibattito nella comunità scientifica sulle dimensioni delle riserve di metano del pianeta. Secondo alcune stime, potrebbero avere il doppio del potenziale energetico di tutti gli altri combustibili fossili messi insieme. Nella transizione alle rinnovabili, dovremo attingere tutto questo metano ad un certo punto", ha detto ad Agência FAPESP Marcos da Silva, primo autore dell'articolo. Silva ha un dottorato di ricerca. candidato al Dipartimento di Fisica dell'Università Federale di São Carlos (UFSCar).

Secondo Ivo Freitas Teixeira, professore all'UFSCar, relatore della tesi di Silva e ultimo autore dell'articolo, il fotocatalizzatore utilizzato nello studio è stata un'innovazione chiave. "Il nostro gruppo ha innovato in modo significativo ossidando il metano in un'unica fase", ha affermato. "Nell'industria chimica, questa conversione avviene attraverso la produzione di idrogeno e CO₂ in almeno due stadi e in condizioni di temperatura e pressione molto elevate. Il nostro successo nell'ottenere metanolo in condizioni miti, consumando anche meno energia, rappresenta un importante passo avanti."

Secondo Teixeira, i risultati aprono la strada alla ricerca futura sull'uso dell'energia solare per questo processo di conversione, riducendo potenzialmente ulteriormente il suo impatto ambientale.

Fotocatalizzatori

In laboratorio, gli scienziati hanno sintetizzato il nitruro di carbonio cristallino sotto forma di polieptazina immide (PHI), utilizzando metalli di transizione non nobili o ricchi di terra, in particolare il rame, per produrre fotocatalizzatori attivi a luce visibile.

Hanno quindi utilizzato i fotocatalizzatori nelle reazioni di ossidazione del metano con perossido di idrogeno come iniziatore. Il catalizzatore rame-PHI ha generato un grande volume di prodotti liquidi ossigenati, in particolare metanolo (2.900 micromoli per grammo di materiale, o µmol.g-1 in quattro ore).

"Abbiamo scoperto il miglior catalizzatore e altre condizioni essenziali per la reazione chimica, come l'utilizzo di una grande quantità di acqua e solo una piccola quantità di perossido di idrogeno, che è un agente ossidante", ha detto Teixeira. "I prossimi passi includono la comprensione dei siti di rame attivi nel materiale e del loro ruolo nella reazione. Abbiamo anche in programma di utilizzare l'ossigeno direttamente per produrre perossido di idrogeno nella reazione stessa. In caso di successo, questo dovrebbe rendere il processo ancora più sicuro ed economico fattibile."

Un altro punto che il gruppo continuerà a indagare riguarda il rame. "Lavoriamo con il rame disperso. Quando abbiamo scritto l'articolo, non sapevamo se avessimo a che fare con atomi isolati o ammassi. Ora sappiamo che sono ammassi", ha spiegato.

Nello studio, gli scienziati hanno utilizzato metano puro, ma in futuro estrarranno il gas da fonti rinnovabili come la biomassa. Secondo le Nazioni Unite, il metano ha finora causato circa il 30% del riscaldamento globale dall'era preindustriale. Le emissioni di metano dalle attività umane potrebbero essere ridotte fino al 45% nel prossimo decennio, evitando un aumento di quasi 0,3°C entro il 2045.

La strategia di convertire il metano in combustibile liquido utilizzando un fotocatalizzatore è nuova e non disponibile in commercio, ma il suo potenziale nel breve termine è significativo. "Abbiamo iniziato la nostra ricerca più di quattro anni fa. Ora abbiamo risultati di gran lunga migliori di quelli del professor Hutchings e del suo gruppo nel 2017, il che ha motivato la nostra ricerca", ha detto Teixeira, riferendosi a uno studio pubblicato sulla rivista Science da ricercatori affiliati ad università negli Stati Uniti e nel Regno Unito e guidati da Graham Hutchings, professore all'Università di Cardiff in Galles. + Esplora ulteriormente

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