La giusta formula chimica può dare ai materiali banali il più improbabile dei cambiamenti. Se hai dei dubbi, le recenti trasformazioni, come l’utilizzo di sostanze chimiche per sempre per produrre il litio o il riciclaggio della plastica utilizzando il carburante esaurito delle auto, ti faranno credere. Tuttavia, il restyling più recente potrebbe essere quello più accattivante finora, considerando che è letteralmente un fulmine in una bottiglia.
In uno studio pubblicato oggi sul Journal of American Chemical Society, i chimici riportano una nuova tecnica per convertire il metano in metanolo e altri composti preziosi. Il metodo essenzialmente sottopone il gas metano gorgogliante a elettricità ad alta tensione, che genera un plasma che in determinate condizioni assomiglia a un fulmine. Di conseguenza, il team ha successivamente ossidato il metano in metanolo con una selettività di circa il 97%.
“Contemporaneamente abbiamo anche prodotto altri preziosi prodotti gassosi, come l’idrogeno e l’etilene, che sono unici per il nostro metodo basato sul plasma”, ha spiegato il coautore dello studio. Dayne Giuratoreun chimico della Northwestern University, ha detto a Gizmodo. “Ci vorrà ancora molto lavoro affinché questa chimica possa competere con impianti chimici altamente ottimizzati, ma dimostra che il metanolo può essere prodotto in un unico passaggio”.
Il “Santo Graal” della catalisi
Il metano è un gas naturale relativamente comune tipicamente utilizzato come combustibile. Allo stesso tempo, è una fonte primaria di gas serra di origine antropica, contribuendo a circa l’11% delle emissioni globali, secondo l’indagine. Agenzia statunitense per la protezione ambientale.
Il metanolo, un derivato liquido ossidato del metano, ha un gamma ancora più ampia di usi, dai solventi industriali e produzione farmaceutica all’antigelo e, ovviamente, al carburante. Di conseguenza, alcuni hanno addirittura chiamato la conversione da metano a metanolo “Santo Graal“della catalisi, una branca della chimica che studia come i catalizzatori migliorano le reazioni critiche.
Fare a pezzi il gas
Secondo Swearer, il mondo produce quasi 110 milioni di tonnellate di metanolo ogni anno. L’attuale metodo per convertire il metano in metanolo essenzialmente scompone il metano due volte e lo rimette insieme come metanolo. Nello specifico, il metano viene prima trattato con vapore e l’amalgama risultante di monossido di carbonio e idrogeno viene conseguentemente sottoposto a pressioni e temperature elevate.
“Sebbene questo processo industriale in due fasi sia altamente ottimizzato, non è il percorso più semplice”, ha affermato Swearer.
In effetti, il processo stesso “consuma un’enorme quantità di calore e genera intrinsecamente anidride carbonica lungo il percorso”, ha affermato la Northwestern. spiegato in un comunicato stampa sullo studio.
Perché così complicato?
Il nuovo studio mirava a semplificare il processo in modo che questa conversione diventasse più intuitiva e meno dispendiosa in termini energetici. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno sviluppato un reattore a bolle di plasma rivestito con un catalizzatore di ossido di rame. Una volta che il metano è entrato nel tubo del reattore, gli impulsi elettrici hanno innescato la scomposizione del gas in composti altamente reattivi che si sono rapidamente ricombinati in metanolo. Non appena ciò si è verificato, il reattore ha inserito il metanolo nell’acqua circostante per impedire la decomposizione del prezioso prodotto.
“La nostra svolta fondamentale è stata riconoscere che le specie reattive di breve durata nel plasma dovevano essere sfruttate il più rapidamente possibile”, ha detto Swearer a Gizmodo. “Posizionando un catalizzatore lungo il percorso del plasma, potremmo controllare il risultato per formare prodotti più desiderabili”.
Plasma qua e là
Per Swearer, un aspetto particolarmente interessante delle nuove scoperte è l’uso estensivo del plasma. Il cosiddetto “quarto stato della materia” costituisce oltre il 99% dell’universo visibile, ma è relativamente raro sulla Terra. Detto questo, la scienza del plasma ha già svolto un ruolo significativo nello sviluppo della maggior parte dei componenti elettronici e continua a farlo. Tuttavia, il nuovo studio indica che esiste ancora un potenziale non sfruttato per il plasma in aree inaspettate.
“Questo è un ottimo esempio di come la ricerca fondamentale possa aiutare a ottimizzare le interazioni molecolari e, forse un giorno, a creare tecnologie chimiche sostanzialmente più piccole, più chiare e più efficienti dal punto di vista energetico”, ha affermato Swearer. “Ci sono possibilità davvero sorprendenti in quest’area di ricerca, ma c’è ancora molto lavoro da fare”.
