Método de conversão de metano em metanol líquido

Um grupo de pesquisadores brasileiros desenvolveu um método de conversão do metano em metanol líquido com a utilização de luz e metais de transição dispersos, como o cobre, em um processo de foto-oxidação. O trabalho foi divulgado na revista científica Chemical Communications e, segundo o artigo, foi o melhor desempenho até o momento para a conversão do gás no combustível líquido em condição ambiente de temperatura e pressão – 25 °C e 1 bar, respectivamente. 

O resultado é de suma importância já que pode viabilizar o gás como fonte de energia para a produção de combustíveis no futuro, tornando-se uma alternativa à gasolina e ao diesel. Apesar de ser considerado fóssil, a conversão do gás natural em metanol gera menos dióxido de carbono (CO2) quando comparado a outros tipos de combustíveis líquidos dessa categoria. 

No mercado brasileiro, o metanol é utilizado para produção de biodiesel e para a indústria química, sendo usado como insumo para sintetizar inúmeros produtos químicos. Além disso, a captura de metano da atmosfera tem um papel relevante para mitigar os efeitos das mudanças climáticas, já que esse gás tem 25 vezes mais potencial de contribuir com o aquecimento global do que o CO2, por exemplo. 

“Há no meio científico um grande debate sobre a quantidade de reservas de metano existentes no mundo. Estima-se que elas tenham o dobro do potencial energético de todos os demais combustíveis fósseis existentes. Na transição para energias renováveis, teremos de contar com o metano em algum momento”, afirma o doutorando Marcos da Silva, do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), primeiro autor do artigo. O estudo teve apoio da FAPESP por meio de dois projetos e também da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). 

Para o professor da UFSCar, Ivo Freitas Teixeira, orientador de Silva e autor correspondente do artigo, o fotocalisador está entre as novidades da pesquisa. “A grande inovação obtida pelo nosso grupo foi oxidar em uma única etapa o metano. Na indústria química, essa transformação ocorre por meio da produção de hidrogênio e CO2 realizada em pelo menos duas etapas e com condições de temperatura e pressão muito altas. Conseguir fazer isso em condições mais brandas, gastando menos energia e obtendo metanol é um avanço”, afirma Teixeira. Para o professor, os resultados são possibilidades para futuras pesquisas que buscam adotar a energia solar como o promotor desse processo, reduzindo ainda mais o impacto ambiental. 

Os cientistas sintetizaram nitretos de carbono cristalino (PHI) com metais de transição não nobres ou abundantes em laboratório, principalmente cobre, gerando fotocatalisadores ativos de luz visível. Os fotocatalisadores foram empregados em reações de oxidação de metano usando peróxido de hidrogênio como iniciador. O catalisador de cobre-PHI gerou grandes quantidades de produtos líquidos oxigenados, especialmente metanol (2.900 µmol.g-1 unidade de medida chamada micromole por grama de material), em um período de quatro horas. “Descobrimos qual o melhor catalisador e outras condições essenciais para a reação química, como o uso de muita água e apenas um pouco de peróxido de hidrogênio, que é um agente oxidante. Agora, para os próximos passos, precisamos entender um pouco mais os sítios ativos de cobre no material e o papel deles na reação. E pretendemos também utilizar diretamente o oxigênio para, em tese, produzir o peróxido de hidrogênio na própria reação, tornando o processo ainda mais seguro e economicamente viável”, complementa Teixeira. 

Outro ponto importante da pesquisa é a ligação com o cobre, que de acordo com Teixeira, continuará. “Trabalhamos com cobre disperso. Quando finalizamos o artigo ainda não sabíamos se eram átomos isolados ou clusters”. No estudo, os cientistas trabalharam com metano puro. No entanto, eles pretendem usar fontes renováveis mais adiante, como o gás extraído de biomassa. 

Os pesquisadores lembram que ainda é novo esse tipo de estratégia de conversão do gás em combustível líquido usando fotocatalisador, não estando ainda disponível comercialmente, mas com grande potencial nos próximos anos. “Começamos nosso trabalho há mais de quatro anos. Agora obtivemos um resultado muito melhor do que o registrado pelo grupo do professor Hutchings em 2017, que motivou nosso trabalho”, diz Teixeira. O professor menciona o estudo publicado por um grupo de cientistas dos Estados Unidos e Reino Unido na revista Science, liderado pelo professor Graham Hutchings, da Cardiff University. O artigo Selective methane photooxidation into methanol under mild conditions promoted by highly dispersed Cu atoms on crystalline carbon nitrides pode ser lido em https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cc/d2cc01757a.