PROXIMA

Hacia una técnica barata para obtener combustibles líquidos a partir de gas

La industria química busca la manera de convertir los componentes del gas natural, en alcoholes y ésteres de alcohol para fabricar plásticos, combustibles y otros productos de forma masiva. Las nuevas investigaciones son prometedoras. 

Una planta petroquímica futurista
Una planta petroquímica futurista Business Wire

¿Por qué la humanidad depende tanto del petróleo? No es porque el petróleo en sí se use, sino por los productos que se obtienen del mismo: materias primas químicas, combustibles, etc. Pero, eso sí, desde el punto de vista químico el petróleo no es la única forma de obtener esos productos, existen otras pero son más caras. La noticia, aparecida en Science, es que se ha encontrado un método barato para obtener materias primas químicas y, en última instancia, combustibles a partir de los componentes del gas natural.

Pero antes de entrar en los detalles algo más técnicos permíteme que te ponga un ejemplo muy sencillo. Desde un punto de vista químico el problema de la dependencia del petróleo es muy similar a viajar a Málaga en coche desde el Puerto de las Pedrizas. Tienes dos opciones: una es una autovía de firme terrible, peligrosa, incómoda, con multitud de curvas, tramos de velocidad controlada y túneles del terror, pero es gratis; la otra es una autopista magnífica de larguísimas rectas y túneles magníficamente iluminados, pero tiene peaje. Resultado: la mayoría de usuarios se decanta por la vieja autovía.

Como es evidente, la vieja autovía es el petróleo y el descubrimiento que describimos a continuación el equivalente a quitar el peaje en la autopista. En ambos casos el uso del coche seguirá teniendo un impacto medioambiental, pero diferente.

En los últimos años estamos asistiendo a una revolución energética a cuenta del gas natural. No tanto porque se estén descubriendo nuevos yacimientos, que también, sino porque la disponibilidad de nuevas técnicas de extracción (alguna de ellas polémica; seguro que te suena la fracturación hidráulica, más conocida como fracking) está permitiendo tener acceso a unas cantidades de gas hasta hace poco inimaginables.

Se está viviendo una revolución energética a cuenta del gas natural

Pero, hoy día, la mayor parte del gas se quema, ya sea para calefacción o para obtener electricidad usando turbinas. A pesar de ello la industria química hace casi un siglo que dispone de las tecnologías necesarias para convertir los hidrocarburos primarios, los componentes del gas natural, en alcoholes y ésteres de alcohol, los productos a partir de los cuales puedes fabricar muchos plásticos, combustibles y otros productos de forma masiva. El único motivo por el que esta tecnología no se usa es porque requiere inversiones muy importantes en fábricas que tienen que trabajar a más de 800ºC, con todo lo que ello implica de complejidad de construcción y problemas de seguridad.

Lo que el equipo encabezado por Brian Hashiguchi, del Instituto de Investigación Scripps (Florida, EE.UU.), ha publicado en Science es su descubrimiento de un catalizador barato que es capaz de bajar la temperatura de proceso necesaria a unos muy manejables 180ºC.

Este equipo de investigadores comenzó a buscar soluciones catalíticas al problema de reducir el coste de la transformación del gas natural hace más de 20 años. Desde entonces han encontrado muchas soluciones técnicamente correctas, catalizadores que hacían el trabajo. Pero resultaba que estos catalizadores (basados en platino, rodio o iridio) eran en sí mismos prohibitivamente caros y nunca se comercializaron.

Los catalizadores, que son una especie de intermediarios, lo que tienen que hacer, simplificando mucho, es conseguir que los hidrocarburos cambien sus enlaces C-H a C-O a un menor coste energético. Pero claro, para conseguirlo el catalizador tiene que lograr llegar hasta la molécula interesante y para ello tiene que quitar las del disolvente que haya en su camino, en lo que invierte a su vez una cantidad de energía. Igual que los barcos tienen distintos diseños de casco en función de lo que se quiera que hagan, llevar mucha carga, enfrentarse a grandes olas o planear a toda velocidad en un mar en calma, los investigadores se dieron cuenta de que los metales tienen diferentes estructuras electrónicas que pueden conseguir según qué cosas.

Las nuevas técnicasson más baratas y rápidas

Buscaron una estructura electrónica que, teóricamente, hiciese más fácil apartar moléculas de disolvente, y la encontraron en el talio (III) y en el plomo (IV), metales de un precio muy razonable. Al hacer el experimento usando metano (uno de los principales componentes del gas natural) y talio se encontraron que la velocidad de reacción era ¡22 órdenes de magnitud! mayor que la que obtuvieron en las mismas condiciones con iridio.

Los químicos ahora tienen que enfrentarse a otro tipo de problema antes de que los catalizadores de talio y plomo puedan comercializarse y nuevas fábricas construirse. Los experimentos se han hecho en lotes; la industria química rentable para altos volúmenes de producción trabaja en continuo. Si esto se soluciona el mundo energético de los combustibles fósiles cambiará rápidamente en muy poco tiempo. Para esto sí hay dinero. 

Referencia:Hashiguchi et al (2014) Main-Group Compounds Selectively Oxidize Mixtures of Methane, Ethane, and Propane to Alcohol Esters.Science 14 March 2014: Vol. 343 no. 6176 pp. 1232-1237  DOI: 10.1126/science.1249357 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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