A fórmula química certa pode proporcionar aos materiais mundanos as reformas mais improváveis. Se você tiver alguma dúvida, as transformações recentes, como o uso de produtos químicos eternos para produzir lítio ou a reciclagem de plástico usando combustível de carro usado, farão de você um crente. No entanto, a reforma mais recente pode ser a mais atraente até agora – considerando que é literalmente um raio em uma garrafa.
Num estudo publicado hoje no Journal of the American Chemical Society, os químicos relatam uma nova técnica para converter metano em metanol e outros compostos valiosos. O método submete essencialmente o gás metano borbulhante à eletricidade de alta tensão, que gera plasma que se assemelha a raios sob certas condições. Como resultado, a equipe oxidou sucessivamente o metano em metanol com seletividade de cerca de 97%.
“Também produzimos simultaneamente outros produtos gasosos valiosos, como hidrogênio e etileno, que são exclusivos do nosso método baseado em plasma”, disse o coautor do estudo. Dayne Swearerquímico da Northwestern University, disse ao Gizmodo. “Ainda será necessário muito trabalho para que esta química concorra com instalações químicas altamente otimizadas, mas isso demonstra que o metanol pode ser produzido em uma única etapa.”
O ‘Santo Graal’ da catálise
O metano é um gás natural relativamente comum, normalmente usado como combustível. Ao mesmo tempo, é uma fonte primária de gases com efeito de estufa influenciados pelo homem, contribuindo para cerca de 11% das emissões globais, de acordo com o Agência de Proteção Ambiental dos EUA.
O metanol, um derivado líquido e oxidado do metano, tem uma alcance ainda mais amplo de usos, desde solventes industriais e produção farmacêutica até anticongelante e, claro, combustível. Conseqüentemente, alguns até chamaram a conversão de metano em metanol de “Santo Graal”da catálise, um ramo da química que estuda como os catalisadores melhoram as reações críticas.
Destruindo o gás
Segundo Swearer, o mundo produz quase 110 milhões de toneladas métricas de metanol a cada ano. O método atual para converter metano em metanol essencialmente desconstrói o metano duas vezes e o reúne novamente como metanol. Especificamente, o metano é primeiro tratado com vapor, e o amálgama resultante de monóxido de carbono e hidrogênio é, consequentemente, submetido a altas pressões e temperaturas.
“Embora este processo industrial de duas etapas seja altamente otimizado, não é o caminho mais simples”, disse Swearer.
Na verdade, o próprio processo “consome uma enorme quantidade de calor e gera inerentemente dióxido de carbono ao longo do caminho”, disse Northwestern. explicado em um comunicado de imprensa sobre o estudo.
Por que tão complicado?
O novo estudo teve como objetivo simplificar o processo para que essa conversão se tornasse mais intuitiva e consumisse menos energia. Para conseguir isso, os pesquisadores desenvolveram um reator de bolha de plasma revestido com um catalisador de óxido de cobre. Assim que o metano entrou no tubo do reator, pulsos elétricos desencadearam a decomposição do gás em compostos altamente reativos que rapidamente se recombinaram em metanol. Assim que isso ocorreu, o reator inseriu o metanol na água circundante para evitar a decomposição do valioso produto.
“Nosso principal avanço foi reconhecer que as espécies reativas de vida curta no plasma precisavam ser aproveitadas o mais rápido possível”, disse Swearer ao Gizmodo. “Ao colocar um catalisador ao longo do caminho do plasma, poderíamos controlar o resultado para formar produtos mais desejáveis.”
Plasma aqui e ali
Para Swearer, um aspecto particularmente interessante das novas descobertas é o uso extensivo de plasma. O chamado “quarto estado da matéria”compõe mais de 99% do universo visível, mas é relativamente raro na Terra. Dito isto, a ciência do plasma já desempenhou um papel significativo no desenvolvimento da maioria dos eletrônicos e continua a fazê-lo. Ainda assim, o novo estudo indica que ainda há mais potencial inexplorado para o plasma em áreas inesperadas.
“Este é um ótimo exemplo de como a pesquisa fundamental pode ajudar a otimizar as interações moleculares e, talvez um dia, criar tecnologias químicas substancialmente menores, mais claras e mais eficientes em termos energéticos”, disse Swearer. “Existem possibilidades verdadeiramente surpreendentes nesta área de pesquisa, mas ainda há muito trabalho a fazer.”
