Um grupo de pesquisadores conseguiu converter metano em metanol usando metais de transição leves e dispersos, como o cobre, em um processo conhecido como foto-oxidação. De acordo com um artigo relatando o estudo publicado na Chemical Communications, a reação foi a melhor obtida até o momento para a conversão do gás metano em combustível líquido em condições ambientais de temperatura e pressão (25 °C e 1 bar, respectivamente).
O termo bar como unidade de pressão deriva da palavra grega para peso (baros). Um bar equivale a 100.000 Pascals (100 kPa), o que é muito próximo da pressão atmosférica padrão ao nível do mar (101.325 Pa).
Os resultados do estudo são um passo importante na disponibilização do gás natural como fonte de energia para a produção de combustíveis alternativos à gasolina e ao diesel. Embora o gás natural seja considerado um combustível fóssil, sua conversão em metanol emite menos dióxido de carbono (CO2) do que outros combustíveis líquidos da mesma categoria.
No Brasil, o metanol desempenha um papel fundamental na produção de biodiesel e na indústria química, que o utiliza para sintetizar diversos produtos.
Além disso, a captura de metano da atmosfera é fundamental para mitigar os efeitos adversos das mudanças climáticas, pois o gás tem 25 vezes o potencial do CO2, por exemplo, para contribuir com o aquecimento global.
“Há um grande debate na comunidade científica sobre o tamanho das reservas de metano do planeta. Segundo algumas estimativas, elas podem ter o dobro do potencial energético de todos os outros combustíveis fósseis combinados. todo esse metano em algum momento”, disse Marcos da Silva, primeiro autor do artigo, à Agência FAPESP. Silva é Ph.D. Doutoranda do Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).
Segundo Ivo Freitas Teixeira, professor da UFSCar, orientador da tese de Silva e último autor do artigo, o fotocatalisador utilizado no estudo foi uma inovação fundamental. “Nosso grupo inovou significativamente ao oxidar o metano em um único estágio”, disse ele. “Na indústria química, essa conversão ocorre através da produção de hidrogênio e CO2 em pelo menos duas etapas e sob condições de temperatura e pressão muito altas. Nosso sucesso na obtenção de metanol em condições amenas, além de gastar menos energia, é um grande avanço.”
Segundo Teixeira, os resultados abrem caminho para futuras pesquisas sobre o uso da energia solar para esse processo de conversão, potencialmente reduzindo ainda mais seu impacto ambiental.
Fotocatalisadores
Em laboratório, os cientistas sintetizaram nitreto de carbono cristalino na forma de poliheptazina imida (PHI), usando metais de transição não nobres ou abundantes em terra, especialmente cobre, para produzir fotocatalisadores ativos de luz visível.
Eles então usaram os fotocatalisadores em reações de oxidação de metano com peróxido de hidrogênio como iniciador. O catalisador cobre-PHI gerou um grande volume de produtos líquidos oxigenados, especialmente metanol (2.900 micromoles por grama de material, ou µmol.g-1 em quatro horas).
“Descobrimos o melhor catalisador e outras condições essenciais para a reação química, como usar uma grande quantidade de água e apenas uma pequena quantidade de peróxido de hidrogênio, que é um agente oxidante”, disse Teixeira. “Os próximos passos incluem entender mais sobre os sítios ativos de cobre no material e seu papel na reação. Também planejamos usar oxigênio diretamente para produzir peróxido de hidrogênio na própria reação. Se for bem sucedido, isso deve tornar o processo ainda mais seguro e economicamente viável.”
Outro ponto que o grupo continuará investigando diz respeito ao cobre. “Trabalhamos com cobre disperso. Quando escrevemos o artigo, não sabíamos se estávamos lidando com átomos isolados ou aglomerados. Agora sabemos que são aglomerados”, explicou.
No estudo, os cientistas usaram metano puro, mas no futuro vão extrair o gás de fontes renováveis, como a biomassa. De acordo com as Nações Unidas, o metano causou até agora cerca de 30% do aquecimento global desde a era pré-industrial. As emissões de metano da atividade humana podem ser reduzidas em até 45% na próxima década, evitando um aumento de quase 0,3°C até 2045.
A estratégia de converter metano em combustível líquido usando um fotocatalisador é nova e não está disponível comercialmente, mas seu potencial no curto prazo é significativo. “Iniciamos nossa pesquisa há mais de quatro anos. Agora temos resultados muito melhores do que os do professor Hutchings e seu grupo em 2017, o que motivou nossa própria pesquisa”, disse Teixeira, referindo-se a um estudo publicado na revista Science por pesquisadores afiliados à universidades nos Estados Unidos e no Reino Unido, e liderada por Graham Hutchings, professor da Universidade de Cardiff, no País de Gales.
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