Un team di ricercatori dell'Università di Stanford e dell'Università di Leuven in Belgio ha ulteriormente perfezionato un processo che potrebbe segnare una tappa importante verso un'economia del carburante a metanolo. Data l'abbondanza di metano come materia prima, è un progresso che potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui il mondo utilizza il gas naturale.
Il metanolo, l'alcol più semplice, viene utilizzato per realizzare vari prodotti come vernici e plastica, e come additivo alla benzina. Ricco di idrogeno, il metanolo può alimentare celle a combustibile di nuova generazione che potrebbero produrre significativi benefici ambientali.
Una conversione che può diventare rivoluzione
Se il gas naturale, di cui il metano è il componente principale, potesse essere convertito economicamente in metanolo, sarebbe davvero un bel colpo. Il combustibile liquido risultante sarebbe molto più facilmente immagazzinato e trasportato rispetto al gas naturale e all'idrogeno puro. E questo ridurrebbe notevolmente anche le emissioni di metano dagli impianti di trattamento del gas naturale e dalle condutture.
Oggi il metano, un gas serra molte volte più potente dell'anidride carbonica, annulla quasi i vantaggi ambientali del gas naturale rispetto al petrolio e al carbone. Il nuovo studio del team nell'attuale edizione di Science è l'ultimo a promuovere un modo a bassa energia per produrre metanolo dal metano.
"Questo processo utilizza cristalli comuni noti come zeoliti di ferro che sono noti per convertire il gas naturale in metanolo a temperatura ambiente", spiega Benjamin Snyder, che ha conseguito il dottorato a Stanford studiando i catalizzatori per affrontare gli aspetti chiave di questa sfida. "Ma questa è una chimica estremamente impegnativa da raggiungere a livello pratico, poiché il metano è ostinatamente inerte dal punto di vista chimico".
Quando il metano viene infuso nelle zeoliti di ferro porose, il metanolo viene prodotto rapidamente a temperatura ambiente senza bisogno di calore o energia aggiuntivi. In confronto, il processo industriale convenzionale per produrre metanolo dal metano richiede temperature di 1000°C (1832°F) e pressioni estremamente elevate.
È un processo economicamente allettante, ma non è così facile. Barriere significative impediscono di portare questo processo a livelli industriali.
Edward Solomon, professore di chimica e scienza dei fotoni a Stanford presso lo SLAC National Accelerator Laboratory . Solomon è l'autore senior del nuovo studio
Tenere accese le zeoliti per produrre metanolo
Il problema che ora sbarra la strada alla diffusione di massa dei metodi per ricavare metanolo a temperatura ambiente risiede proprio nelle zeoliti di ferro. Sfortunatamente, la maggior parte di loro si disattiva rapidamente. Il processo, in altri termini, funziona ma dura pochissimo.
Per questo il prossimo obiettivo ora è migliorare le prestazioni di questi silicati. Un nuovo studio, sviluppato anche dalla co-autrice Hannah Rhoda, dottoranda di Stanford in chimica inorganica, usa la spettroscopia avanzata per esplorare la struttura fisica delle zeoliti più promettenti per la produzione di metano-metanolo.
La domanda chiave è come ottenere il metanolo senza distruggere il catalizzatore
Hannah Rhoda, Stanford University
L'analisi del team e "l'effetto gabbia"
Scegliendo due zeoliti di ferro, il team ha studiato la struttura fisica dei loro reticoli. Hanno scoperto che la reattività varia notevolmente in base alle dimensioni dei pori nella struttura cristallina circostante. Il team lo chiama "effetto gabbia", poiché il reticolo incapsulante assomiglia proprio a una gabbia.
Se i pori nelle gabbie sono troppo grandi, il sito attivo si disattiva dopo un solo ciclo di reazione e non si riattiva mai più. Quando le aperture dei pori sono più piccole, però, coordinano una precisa "danza" molecolare tra i reagenti, e prolungano la durata del processo. Sfruttando questa caratteristica, il team è stato in grado di riattivare ripetutamente il 40% dei siti disattivati, un significativo progresso concettuale verso un processo catalitico su scala industriale.
Il ciclo catalitico potrebbe un giorno portare a una produzione continua ed economica di metanolo dal gas naturale
Benjamin Snyder, Stanford University
La strada verso il carburante al metanolo
Resta ancora molto lavoro da fare, ma c'è da dire due cose. Prima: questo è in ogni caso un fondamentale passo avanti nella scienza di base. Perchè aiuterà a chiarire ai chimici e agli ingegneri chimici il processo utilizzato dalle zeoliti di ferro per produrre metanolo a temperatura ambiente. Seconda: senza la spettroscopia avanzata questa scoperta sarebbe stata impossibile. Una tecnologia che sta facendo fare grandi passi avanti alla ricerca in molti campi, tempo fa vi ho scritto di uno studio per permettere alle persone di comunicare anche quando in stato di forzata incoscienza.
