Metanul, principala componentă a gazelor naturale, este un combustibil utilizat pe scară largă în viața noastră de zi cu zi, de la încălzirea locuinței până la producția de energie electrică. Cu toate acestea, acest gaz aparent inofensiv are un impact formidabil asupra mediului. Cu un efect de seră de aproximativ 25 de ori mai mare decât cea a dioxidului de carbon de peste 100 de ani, metanul este un actor cheie în schimbările climatice. Astăzi, oamenii de știință americani propun o soluție revoluționară: transformarea acestui gaz cu efect de seră în resurse utile folosind un proces la temperatura camerei care deschide calea pentru gestionarea durabilă a acestui poluant. Soluția a fost prezentată într-un articol publicat în ACS Nano.
Metanul este produs în mod natural prin procese precum descompunerea organică, dar și prin activități umane: exploatarea combustibililor fosili, agricultura și depozitele de deșeuri. Pe lângă rolul său în încălzirea globală, managementul său este complex. Spre deosebire de dioxidul de carbon, care face obiectul eforturilor globale de captare și sechestrare a emisiilor sale, metanul este, din păcate, adesea trecut cu vederea. Reciclarea acestuia ridică provocări tehnice, deoarece temperaturile ridicate (adesea peste 500°C) sunt necesare pentru a activa legăturile sale chimice. Această constrângere face procesele actuale costisitoare și consumatoare de energie, ceea ce limitează aplicarea lor pe scară largă. Aici intervine recenta descoperire a cercetătorilor de la Brookhaven National Laboratory. Aceștia au dezvoltat un catalizator capabil să transforme metanul la, sau aproape, de temperatura camerei, făcând în sfârșit această operațiune accesibilă și accesibilă.
Catalizatorul în cauză este un material inovator compus din nanoparticule de oxid de magneziu integrate într-un strat ultrasubțire de oxid de cupru, el însuși plasat pe o bază de cupru. Această structură nanotehnologică este cheia: oxidul de magneziu, inactiv în vrac, devine un activator puternic de metan atunci când este combinat cu oxidul de cupru. Acest sistem funcționează printr-o configurație chimică care face mai ușoară ruperea legăturilor carbon-hidrogen ale metanului, un pas crucial în transformarea lui în etan, o hidrocarbură mai complexă și mai utilă. Această inovație se bazează pe studii teoretice și experimentale efectuate de echipa Brookhaven, care au demonstrat că această combinație specifică de materiale promovează o cataliză eficientă la temperaturi sub 500 K (aproximativ 227°C).
Adevărata valoare a acestui catalizator este capacitatea sa de a funcționa la temperatura camerei, un prag critic pentru reducerea costurilor cu energie și pentru a permite aplicații comerciale la scară largă. In plus, materialele folosite, cuprul si magneziul, sunt ieftine si abundente, un avantaj clar fata de catalizatorii tradiționalii pe baza de metale prețioase precum platina sau paladiu.
Pentru a-și testa catalizatorul, cercetătorii au folosit tehnologii avansate, inclusiv spectroscopia fotoelectronică cu raze X (AP-XPS) și microscopia de scanare cu efect de tunel (STM). Aceste instrumente permit observarea reacțiilor chimice în timp real și în condiții realiste, ceea ce oferă informații valoroase despre funcționarea catalizatorului. Performanțele obținute rivalizează deja cu cele ale celor mai buni catalizatori actuali, fiind în același timp semnificativ mai economice. Totuși, acesta este doar începutul. Datorită modularității sistemului lor, cercetătorii plănuiesc să optimizeze în continuare structura pentru a crește randamentele de conversie și a diversifica produsele obținute.
Unul dintre produsele cheie ale acestei conversii este etanul, o moleculă folosită în diferite sectoare industriale. Etanul este folosit ca bază pentru fabricarea agenților frigorifici, a combustibililor și chiar a materialelor plastice. Cu acest nou proces, acest gaz cu efect de seră nociv ar putea fi transformat într-o resursă economică valoroasă.
Impactul acestei descoperiri nu se oprește la metan. Într-un alt studiu, aceeași echipă a arătat că acest sistem catalitic ar putea transforma și dioxidul de carbon, un alt gaz cu efect de seră major. Catalizatorul este capabil să descompună CO₂ în monoxid de carbon și alți compuși utili, deschizând calea proceselor de sinteză a combustibililor curați și a substanțelor chimice de mare valoare.
Prin urmare, aceste rezultate deschid perspective interesante pentru lupta împotriva schimbărilor climatice. Prin reciclarea simultană a metanului și a dioxidului de carbon, acest proces ar putea contribui la reducerea semnificativă a emisiilor globale de gaze cu efect de seră, generând în același timp produse cu potențial comercial ridicat.
