Científicos de EE.UU. desarrollan catalizador que convierte metano desperdiciado en combustible líquido a menos de 100°C

El equipo del Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) centró su investigación en el disulfuro de molibdeno (MoS2), un catalizador industrial abundante en la Tierra que, con ajustes mínimos, puede convertir selectivamente metano en peróxido de metilo y compuestos oxigenados líquidos a temperaturas inferiores a 212 grados Fahrenheit (100 grados Celsius), según el estudio. El peróxido de metilo es un precursor para producir metanol, un combustible líquido de alta densidad energética.

Sanjaya Senanayake, investigador del BNL y autor correspondiente del estudio, afirmó que el catalizador podría cambiar las reglas del juego para convertir gas natural en químicos líquidos. "El catalizador logra rendimientos muy altos y alta especificidad para fabricar precursores importantes para metanol y una amplia gama de otros procesos industriales", declaró según la fuente.

**El problema del metano desperdiciado**

Transportar metano desde campos petroleros y gasíferos remotos requiere infraestructura costosa, según los investigadores. Por esa razón, los fabricantes frecuentemente ventilan o queman el exceso de metano, desperdiciando un recurso valioso y contribuyendo a las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los investigadores del BNL creen que su catalizador podría capturar ese metano varado convirtiéndolo en químicos líquidos transportables. "Este catalizador captura esencialmente lo que es desperdicio o inutilizable y lo hace utilizable", declaró Steve Farrell, becario Goldhaber en el Programa de Espectroscopía del NSLS-II en el BNL, según la fuente.

**Ventajas del catalizador de bajo costo**

El enfoque utiliza disulfuro de molibdeno fácilmente disponible, con solo un tratamiento mínimo antes de su uso, según el estudio. Su rendimiento igualó, y en ciertos casos superó, el de alternativas mucho más costosas.

Su tolerancia al azufre representa otra ventaja masiva, según los investigadores. El gas natural crudo frecuentemente contiene compuestos de azufre que desactivan los catalizadores convencionales. Sin embargo, la composición rica en azufre del disulfuro de molibdeno lo hace naturalmente más resistente a estos contaminantes.

Juan Jiménez, investigador del laboratorio y coautor del estudio, señaló que la composición del gas natural difiere entre pozos. "Estamos desarrollando un amplio portafolio de diferentes materiales que pueden manejar toda la gama de diferentes composiciones de gas natural encontradas dentro de Estados Unidos e internacionalmente", agregó según la fuente.

**Observaciones en tiempo real del proceso**

Para comprender mejor el catalizador, el equipo recurrió a varias líneas de haz en la Fuente de Luz Sincrotrón Nacional II del BNL. La espectroscopía avanzada de rayos X les permitió monitorear cambios en la estructura atómica del catalizador mientras la reacción química estaba ocurriendo, según el estudio.

La reacción resultó ser notablemente simple, según los investigadores. Cuando se combinó con metano y peróxido de hidrógeno diluido en agua a 167 grados Fahrenheit, el catalizador convirtió metano en oxigenados líquidos con selectividad completa hacia la familia de productos deseada.

Su rendimiento igualó, y a veces superó, catalizadores de conversión de metano más costosos fabricados con paladio o rodio. "Tomamos MoS2 disponible comercialmente y, con solo un tratamiento muy menor, hicimos un catalizador increíblemente activo", dijo Jiménez según la fuente. "No necesitas una síntesis sofisticada para crear un catalizador increíblemente activo".

**Mecanismo y durabilidad del catalizador**

Pruebas adicionales mostraron que el catalizador se volvió más metálico durante la operación, permitiendo que sus electrones se movieran libremente y participaran en la reacción, según el estudio. Mientras tanto, mantuvo una estructura cristalina estable, sugiriendo que es duradero y reutilizable.

El equipo también descubrió que los radicales hidroxilo generados cuando el peróxido de hidrógeno se descompone naturalmente juegan un papel crucial en romper los fuertes enlaces carbono-hidrógeno del metano, según los investigadores. En lugar de permitir que estos radicales altamente reactivos ataquen moléculas indiscriminadamente, el catalizador los dirigió hacia la producción de un único producto deseado.

**Implicaciones y próximos pasos**

Según los científicos, los hallazgos podrían conducir a catalizadores de metano más baratos y resistentes al azufre. Brookhaven Science Associates ya presentó una patente provisional para el uso del catalizador, según la fuente.

El desarrollo representa un avance significativo en la búsqueda de soluciones para aprovechar recursos energéticos que actualmente se desperdician. La capacidad de convertir metano en combustibles líquidos a temperaturas relativamente bajas, utilizando un catalizador económico y resistente a contaminantes comunes, podría hacer viable la captura de gas natural en ubicaciones remotas donde la infraestructura de transporte tradicional resulta prohibitivamente costosa.

La tecnología también podría contribuir a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al capturar metano que de otro modo sería liberado a la atmósfera. El metano es un gas de efecto invernadero significativamente más potente que el dióxido de carbono en el corto plazo, por lo que su captura y conversión en productos útiles representa un doble beneficio ambiental y económico.

El estudio completo fue publicado en la revista Advanced Functional Materials.