Un nuevo catalizador puede convertir el metano en algo útil
Ingenieros químicos del MIT han ideado una forma de capturar metano, un potente gas de efecto invernadero, y convertirlo en polímeros
Los ingenieros químicos del MIT han diseñado ahora un nuevo catalizador capaz de convertir el metano en polímeros útiles, lo que podría ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
"Qué hacer con el metano es un problema desde hace mucho tiempo", afirma Michael Strano, catedrático de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs del MIT y autor principal del estudio. "Es una fuente de carbono, y queremos mantenerlo fuera de la atmósfera pero también convertirlo en algo útil".
El nuevo catalizador funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica, lo que podría facilitar y hacer más económica su implantación en lugares de producción de metano, como centrales eléctricas y establos de ganado.
Daniel Lundberg, PhD 24, y Jimin Kim, postdoctorado del MIT, son los autores principales del estudio, publicado en Nature Catalysis. Yu-Ming Tu y Cody Ritt, antiguos postdocs, también son autores del artículo.
Captura del metano
El metano es producido por bacterias conocidas como metanógenos, que suelen estar muy concentradas en vertederos, pantanos y otros lugares de biomasa en descomposición. La agricultura es una fuente importante de metano, que también se genera como subproducto del transporte, almacenamiento y combustión del gas natural. En conjunto, se cree que es responsable de alrededor del 15% del aumento de la temperatura global.
A nivel molecular, el metano está formado por un único átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno. En teoría, esta molécula debería ser un buen bloque de construcción para fabricar productos útiles como polímeros. Sin embargo, convertir el metano en otros compuestos ha resultado difícil porque para hacerlo reaccionar con otras moléculas suele ser necesario someterlo a altas temperaturas y presiones.
Para lograr la conversión del metano sin ese aporte de energía, el equipo del MIT diseñó un catalizador híbrido con dos componentes: una zeolita y una enzima natural. Las zeolitas son minerales arcillosos abundantes y baratos y, según trabajos anteriores, pueden utilizarse para catalizar la conversión de metano en dióxido de carbono.
En este estudio, los investigadores utilizaron una zeolita llamada silicato de aluminio modificado con hierro, combinada con una enzima llamada alcohol oxidasa. Las bacterias, los hongos y las plantas utilizan esta enzima para oxidar los alcoholes.
Este catalizador híbrido lleva a cabo una reacción en dos pasos en la que la zeolita convierte el metano en metanol y, a continuación, la enzima convierte el metanol en formaldehído. Esa reacción también genera peróxido de hidrógeno, que se devuelve a la zeolita para proporcionar una fuente de oxígeno para la conversión del metano en metanol.
Esta serie de reacciones puede producirse a temperatura ambiente y no requiere altas presiones. Las partículas catalizadoras están suspendidas en agua, que puede absorber el metano del aire circundante. Para futuras aplicaciones, los investigadores prevén que podría pintarse sobre superficies.
"Otros sistemas funcionan a alta temperatura y presión, y utilizan peróxido de hidrógeno, un producto químico caro, para impulsar la oxidación del metano. Pero nuestra enzima produce peróxido de hidrógeno a partir de oxígeno, así que creo que nuestro sistema podría ser muy rentable y escalable", afirma Kim.
Construir polímeros
Una vez producido el formaldehído, los investigadores demostraron que podían utilizar esa molécula para generar polímeros añadiendo urea, una molécula que contiene nitrógeno y se encuentra en la orina. Este polímero similar a la resina, conocido como urea-formaldehído, se utiliza actualmente en tableros de partículas, textiles y otros productos.
Los investigadores prevén que este catalizador pueda incorporarse a las tuberías de transporte de gas natural. Dentro de esas tuberías, el catalizador podría generar un polímero que actuara como sellador para curar las grietas de las tuberías, que son una fuente habitual de fugas de metano. El catalizador también podría aplicarse como película para recubrir superficies expuestas al gas metano, produciendo polímeros que podrían recogerse para su uso en la fabricación, afirman los investigadores.
El laboratorio de Strano trabaja ahora en catalizadores que podrían utilizarse para extraer dióxido de carbono de la atmósfera y combinarlo con nitrato para producir urea. Esa urea podría mezclarse con el formaldehído producido por el catalizador zeolita-enzima para producir urea-formaldehído.
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