Método permite converter gás metano em metanol líquido com menor gasto energético

01/07/2022

 Um grupo de pesquisadores brasileiros conseguiu converter metano em metanol usando luz e metais de transição dispersos, como o cobre, em um processo de foto-oxidação. O trabalho foi publicado na revista científica Chemical Communications e, segundo o artigo, foi o melhor desempenho relatado até agora para a conversão do gás no combustível líquido em condição ambiente de temperatura e pressão – 25 °C e 1 bar, respectivamente.

O bar, do grego barys (que significa “pesado”), é uma unidade de pressão equivalente a 100 mil pascais (10⁵ Pa) – valor muito próximo ao da pressão atmosférica padrão (101.325 Pa).

O resultado do trabalho é um importante passo no aproveitamento do gás natural, podendo viabilizar essa fonte de energia para a produção de combustíveis no futuro, vindo a ser uma alternativa à gasolina e ao diesel. Apesar de ser considerado fóssil, a conversão do gás natural em metanol gera menos dióxido de carbono (CO2) quando comparado a outros tipos de combustíveis líquidos dessa categoria.

No mercado brasileiro, o metanol tem papel crucial para a produção de biodiesel e para a indústria química, sendo usado como insumo para sintetizar inúmeros produtos químicos.

Além disso, a captura de metano da atmosfera tem um papel relevante para mitigar os efeitos das mudanças climáticas, já que esse gás tem 25 vezes mais potencial de contribuir com o aquecimento global do que o CO2, por exemplo.

“Há no meio científico um grande debate sobre a quantidade de reservas de metano existentes no mundo. Estima-se que elas tenham o dobro do potencial energético de todos os demais combustíveis fósseis existentes. Na transição para energias renováveis, teremos de contar com o metano em algum momento”, explica à Agência FAPESP o doutorando Marcos da Silva, do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), primeiro autor do artigo.

O estudo recebeu apoio da FAPESP por meio de dois projetos (20/14741-6 e 21/11162-8) e também da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Para o professor da UFSCar Ivo Freitas Teixeira, orientador de Silva e autor correspondente do artigo, uma das novidades da pesquisa foi o fotocalisador. “A grande inovação obtida pelo nosso grupo foi oxidar em uma única etapa o metano. Na indústria química, essa transformação ocorre por meio da produção de hidrogênio e CO2 realizada em pelo menos duas etapas e com condições de temperatura e pressão muito altas. Conseguir fazer isso em condições mais brandas, gastando menos energia e obtendo metanol é um avanço”, afirma Teixeira.

Segundo o professor, os resultados abrem caminho para que novas pesquisas busquem adotar a energia solar como o promotor desse processo, reduzindo ainda mais o impacto ambiental.

Passo a passo

Em laboratório, os cientistas sintetizaram nitretos de carbono cristalino (PHI) com metais de transição não nobres ou abundantes, principalmente cobre, gerando fotocatalisadores ativos de luz visível.

Esses fotocatalisadores foram empregados em reações de oxidação de metano usando peróxido de hidrogênio como iniciador. O catalisador de cobre-PHI gerou grandes quantidades de produtos líquidos oxigenados, especialmente metanol (2.900 µmol.g-¹, unidade de medida chamada micromole por grama de material), em um período de quatro horas.

“Descobrimos qual o melhor catalisador e outras condições essenciais para a reação química, como o uso de muita água e apenas um pouco de peróxido de hidrogênio, que é um agente oxidante. Agora, para os próximos passos, precisamos entender um pouco mais os sítios ativos de cobre no material e o papel deles na reação. E pretendemos também utilizar diretamente o oxigênio para, em tese, produzir o peróxido de hidrogênio na própria reação, tornando o processo ainda mais seguro e economicamente viável”, complementa Teixeira.

De acordo com o professor, outro ponto que o grupo continuará a pesquisar está ligado ao cobre. “Trabalhamos com cobre disperso. Quando finalizamos o artigo ainda não sabíamos se eram átomos isolados ou clusters. Hoje sabemos que são clusters”, afirma.

No estudo, os cientistas trabalharam com metano puro. No entanto, pretendem no futuro usar fontes renováveis, como o gás extraído de biomassa.

De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU), o metano tem sido responsável por cerca de 30% do aquecimento global desde a época pré-industrial. Para a ONU, as emissões de metano causadas pelo ser humano poderiam ser reduzidas em até 45% na próxima década, evitando quase 0,3°C de aquecimento global até 2045.

Os pesquisadores lembram que ainda é novo esse tipo de estratégia de conversão do gás em combustível líquido usando fotocatalisador, não estando ainda disponível comercialmente, mas com grande potencial nos próximos anos. “Começamos nosso trabalho há mais de quatro anos. Agora obtivemos um resultado muito melhor do que o registrado pelo grupo do professor Hutchings em 2017, que motivou nosso trabalho”, diz Teixeira.

Ele se refere ao estudo publicado por um grupo de cientistas de universidades dos Estados Unidos e da Grã-Bretanha na revista Science, liderado pelo professor Graham Hutchings, da Cardiff University.

O artigo Selective methane photooxidation into methanol under mild conditions promoted by highly dispersed Cu atoms on crystalline carbon nitrides pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cc/d2cc01757a.