El metano, aunque menos abundante que el dióxido de carbono, tiene un impacto desproporcionado en el calentamiento global debido a su capacidad para atrapar más calor en la atmósfera. Ingenieros químicos del MIT han desarrollado un nuevo catalizador capaz de convertir este gas en polímeros útiles, lo que podría contribuir a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
“El manejo del metano ha sido un problema persistente”, afirma Michael Strano, profesor de Ingeniería Química en el MIT y autor principal del estudio. “Es una fuente de carbono que queremos mantener fuera de la atmósfera y también transformar en algo útil”.
Nueva tecnología para un viejo problema
Este innovador catalizador opera a temperatura ambiente y presión atmosférica, lo que facilitaría su implementación en lugares donde se produce metano, como plantas energéticas y granjas ganaderas. Daniel Lundberg, doctorando del MIT, y Jimin Kim, investigador postdoctoral, son los autores principales del estudio publicado hoy en Nature Catalysis.
El metano es generado por bacterias conocidas como metanógenas, que se encuentran comúnmente en vertederos, pantanos y otros ambientes con biomasa en descomposición. La agricultura es una fuente significativa de este gas, que también se produce como subproducto durante el transporte, almacenamiento y quema de gas natural. Se estima que representa aproximadamente el 15% del aumento global de temperaturas.
Un enfoque híbrido para la conversión
A nivel molecular, el metano está compuesto por un solo átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno. Teóricamente, esta estructura debería ser un buen bloque constructivo para crear productos útiles como polímeros. Sin embargo, convertir el metano en otros compuestos ha resultado complicado debido a que sus reacciones suelen requerir altas temperaturas y presiones.
Para lograr la conversión sin necesidad de energía adicional, el equipo del MIT diseñó un catalizador híbrido compuesto por dos elementos: una zeolita y una enzima natural. Las zeolitas son minerales abundantes y económicos; investigaciones previas han demostrado su capacidad para catalizar la transformación del metano en dióxido de carbono.
Producción eficiente de formaldehído
En este estudio, los investigadores utilizaron una zeolita modificada con hierro junto con una enzima llamada alcohol oxidasa, que organismos como bacterias y plantas utilizan para oxidar alcoholes. Este catalizador híbrido realiza una reacción en dos pasos: primero convierte el metano en metanol mediante la zeolita; luego, la enzima transforma el metanol en formaldehído. Este proceso genera peróxido de hidrógeno, que se reintegra a la zeolita para proporcionar oxígeno necesario para continuar la conversión.
Dicha serie de reacciones puede llevarse a cabo a temperatura ambiente sin requerir alta presión. Las partículas del catalizador están suspendidas en agua, lo que permite absorber metano del aire circundante. Los investigadores visualizan aplicaciones futuras donde este sistema podría ser aplicado sobre superficies.
Aplicaciones industriales prometedoras
Una vez producido el formaldehído, los investigadores demostraron que podían generar polímeros al añadir urea, un compuesto nitrogenado presente en la orina. Este polímero similar a resina conocido como urea-formaldehído se utiliza actualmente en tableros aglomerados y textiles.
Además, los científicos sugieren que este catalizador podría integrarse en tuberías utilizadas para transportar gas natural. Dentro de estas tuberías, el catalizador podría crear un polímero capaz de sellar fisuras comunes responsables de fugas de metano. También podría aplicarse como película sobre superficies expuestas al gas metano para producir polímeros recolectables para su uso industrial.
Investigación con visión hacia el futuro
El laboratorio de Strano está explorando catalizadores adicionales que podrían eliminar dióxido de carbono del aire y combinarlo con nitratos para producir urea. Esta urea podría mezclarse con el formaldehído generado por el catalizador zeolita-enzima para obtener más urea-formaldehído.
Dicha investigación cuenta con financiamiento del Departamento de Energía de EE.UU., marcando un paso significativo hacia soluciones sostenibles frente al desafío ambiental del cambio climático.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué es el nuevo catalizador diseñado por los ingenieros químicos del MIT?
El nuevo catalizador es un híbrido que puede convertir metano en polímeros útiles, lo que podría ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica.
¿Por qué es importante convertir el metano?
Aunque el metano es menos abundante que el dióxido de carbono, contribuye desproporcionadamente al calentamiento global porque atrapa más calor en la atmósfera. Convertirlo en productos útiles puede ayudar a mitigar su impacto ambiental.
¿Cómo funciona el catalizador híbrido?
El catalizador realiza una reacción en dos pasos: primero, un zeolito convierte el metano en metanol, y luego una enzima convierte el metanol en formaldehído. Este proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente y no requiere alta presión.
¿Qué aplicaciones tienen los productos generados por este proceso?
Los productos generados, como el formaldehído, pueden utilizarse para crear polímeros como la urea-formaldehído, que se emplea en tableros de partículas y textiles. Además, el catalizador podría usarse para sellar fugas en tuberías de gas natural.
¿Quiénes son los autores del estudio?
Los autores principales del estudio son Daniel Lundberg y Jimin Kim, junto con otros colaboradores del MIT. El estudio fue publicado en la revista Nature Catalysis.
¿Cuál fue la fuente de financiamiento para esta investigación?
La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU.
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