Entre todos os gases de efeito estufa, o metano é o que produz mais aquecimento, além de ser o mais difícil de se decompor e de se manter fora da atmosfera. Não que a composição do gás natural seja quimicamente complexa – uma molécula de metano é apenas um átomo de carbono e quatro hidrogênios. Mas, essas ligações carbono-hidrogênio é que são difíceis de romper.

De acordo com o site Phys, normalmente, isso envolve altas temperaturas e a mistura de gás inflamável com oxigênio (para produzir gás de síntese para fazer metanol) e hidrogênio (para fazer amônia). Isso é caro e potencialmente explosivo. Outras reações de conversão não são muito eficientes e produzem o mais abundante dos gases do efeito estufa: o dióxido de carbono (CO2).

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Estudos demonstram que nanocamadas de Pt ancoradas nos sítios hexagonais compactados do suporte MXene podem ativar a primeira ligação C – H de metano. Imagem: Li, Z., Xiao, Y., Chowdhury, P.R. et al. Direct methane activation by atomically thin platinum nanolayers on two-dimensional metal carbides.

Existe, então, outra forma de usar metano e mantê-lo fora da atmosfera? Alguma que seja segura e eficiente e que ajude a combater as mudanças climáticas?

Yue Wu, professor associado de engenharia química e biológica na Universidade Estadual de Iowa, nos EUA, lidera um grupo de pesquisa que tem procurado maneiras de fazer tudo isso, ao longo de vários anos de falhas experimentais e descobertas. Agora, com o apoio de um grupo de colaboradores, eles encontraram e testaram uma tecnologia de catalisador que parece trazer as respostas.

“Os resultados forneceram uma solução potencial para esse desafio de longa data e representaram a melhor estabilidade, taxa de conversão e seletividade para converter metano em etano ou etileno, dois principais ingredientes da indústria petroquímica moderna”, diz o resumo do projeto.

Como o catalisador converte o gás de efeito estufa em etano e etileno

Um artigo científico publicado recentemente na revista Nature Catalysis relata a descoberta. Wu e Yang Xiao, um engenheiro de pesquisa sênior da Faculdade Davidson de Engenharia Química da Universidade Purdue, em Indiana, são os autores correspondentes. Zhe Li, que obteve o título de doutor no estado de Iowa em 2019 e agora tem pós-doutorado na Universidade Johns Hopkins, em Maryland, é o primeiro autor. 

Segundo a equipe, o Escritório de Comercialização de Inovação da Universidade Estadual de Iowa está buscando uma patente para a tecnologia, um catalisador consiste em uma ou duas camadas de platina, cada uma delas com apenas um átomo de espessura, depositadas em estruturas de carboneto de metal bidimensionais chamadas “MXenes”. Nesse caso, as estruturas são feitas de carbono, molibdênio e titânio.

Wu declarou que seu grupo de pesquisa descobriu que as camadas finas permitem essencialmente que cada átomo de platina seja usado como um catalisador e evita a formação de resíduos que cobrem e desativam a platina. “Isso significa que menos platina é necessária para fazer o catalisador”, disse ele.

Segundo Wu, sua equipe começou a estudar carbonetos – combinações de carbono e metais – há cerca de cinco anos, com o apoio do Escritório de Pesquisas Navais. O trabalho original visava identificar as propriedades elétricas e térmicas de vários carbonetos. Mas, as coisas não saíram como esperado – a condutividade térmica do material era muito menor do que o previsto.

“Você pode pensar nisso como um fracasso”, disse Wu. No entanto, não foi o que aconteceu. Os pesquisadores detectaram que as superfícies MXene são muito ativas e capazes de absorver muitas moléculas. E assim, com o apoio da Faculdade Estadual de Engenharia de Iowa, o grupo de pesquisa de Wu passou a estudar esses MXenes como um catalisador potencial.

“Nunca vimos carboneto tão ativo”, disse Wu. “Geralmente é muito inerte. É usado, por exemplo, para brocas de alta velocidade – a superfície é dura e inerte”.

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Eles começaram a usar a tecnologia para remover o hidrogênio do gás de xisto, que é o gás natural encontrado em formações rochosas de xisto. Esse trabalho, então, evoluiu para estudar outras reações envolvendo o gás natural. “Ninguém tentou usar esses carbonetos para essas reações de alto volume antes”, disse Wu.

Segundo o cientista, as chaves para a conversão de metano em etano / etileno são tornar os carbonetos puros o bastante e as superfícies limpas o suficiente para suportar as reações. Se tudo acontece dentro do previsto, essas reações exibem cerca de 7% de conversão de metano com cerca de 95% de seletividade para etano / etileno em um reator de leito fixo em operação contínua. Os produtos podem ser transformados em plásticos e resinas, como o comum e onipresente plástico de polietileno.

“Notavelmente, esses novos catalisadores funcionam por 72 horas de operação contínua sem quaisquer sinais de desativação, indicando um início promissor em direção a tecnologias adequadas para exploração em escala industrial”, disse Wu. “Todas são notícias muito boas”.

COP26 debateu as emissões de metano pelas nações

As emissões de metano contribuem tanto para a mudança climática que líderes mundiais tomaram medidas para restringi-las durante a COP26, a recente cúpula das Nações Unidas sobre mudança climática em Glasgow, na Escócia. 

Joe Biden, presidente dos EUA, anunciou que o país tomará medidas para restringir as emissões de metano das operações existentes de petróleo e gás. Mais de 100 países também assinaram um Compromisso Global de Metano para reduzir as emissões do gás em 30% nos próximos nove anos.

Com o uso da nova tecnologia de catalisador desenvolvida pela equipe de Wu, esses esforços para manter o metano fora da atmosfera podem ser mais fáceis. Wu chama a tecnologia de “revolucionária”, afirmando que ela “abre a porta para reduzir a emissão de metano e, no futuro, seu produto de combustão, o CO2”.

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