Nueva membrana cerámica permite la primera conversión directa de gas natural a líquido sin emisiones de CO2

5 de agosto de 2016

por CoorsTek Membrane Sciences

Un equipo de científicos de CoorsTek Membrane Sciences, la Universidad de Oslo (Noruega) y el Instituto de Tecnología Química (España) ha desarrollado un nuevo proceso para utilizar gas natural como materia prima para productos químicos aromáticos. El proceso utiliza una nueva membrana cerámica para hacer posible por primera vez la conversión directa y no oxidante de gas a líquido, lo que reduce los costos, elimina múltiples pasos del proceso y evita las emisiones de dióxido de carbono (CO2). Los precursores aromáticos resultantes son productos químicos de origen para materiales de aislamiento, plásticos, textiles y combustible para aviones, entre otros productos valiosos.

La activación directa de metano, el componente principal del biogás y el gas natural, ha sido un objetivo clave de la comunidad de investigación de hidrocarburos durante décadas. Este nuevo proceso se detalla en la edición del 5 de agosto de 2016 de Science, en un artículo de investigación titulado "Conversión directa de metano en compuestos aromáticos en un reactor de membrana coiónica catalítica".

"Considere la escala de la industria del petróleo, el gas y la petroquímica en la actualidad", dice el Dr. José Serra, profesor del Instituto de Tecnología Química (ITQ) en Valencia, España, un laboratorio de investigación líder en catálisis de hidrocarburos y coautor del informe en Ciencias. "Con los nuevos reactores de membrana cerámica para fabricar combustibles y productos químicos a partir de gas natural en lugar de petróleo crudo, toda la cadena de valor de los hidrocarburos puede volverse significativamente menos costosa, más limpia y más eficiente".

"Mediante el uso de una membrana cerámica que elimina hidrógeno e inyecta oxígeno simultáneamente, hemos podido producir hidrocarburos líquidos directamente a partir de metano en un proceso de un solo paso. Como beneficio adicional, el proceso también genera una corriente de hidrógeno de alta pureza como subproducto, " explica el profesor Serra. "A un nivel macro, es realmente muy simple: entrada de gas abundante y económica y salida de líquido valioso a través de un proceso limpio y económico. Sin embargo, a nivel de nanoquímica, donde las moléculas interactúan con el catalizador y la membrana a una temperatura de alrededor de 700 °C, hay hubo muchos factores para diseñar y controlar con el fin de generar solo las moléculas valiosas específicas necesarias para que el nuevo proceso funcione".

El metano constituye una gran fracción de los recursos de hidrocarburos del mundo, pero gran parte de este recurso está varado sin caminos económicamente viables hacia el mercado. Incluso cuando está disponible para conversiones industriales, la alta estabilidad de la molécula de metano conduce a pérdidas de energía asociadas con el procesamiento de múltiples etapas en grandes plantas químicas que usan oxígeno o vapor para activar el metano en lo que se conoce como procesamiento de gas de síntesis.

Históricamente, la temperatura y la presión han sido los principales parámetros con los que los químicos e ingenieros pueden trabajar para controlar las reacciones. Los catalizadores pueden mejorar la velocidad y la selectividad, sin promover reacciones más allá de su límite de equilibrio químico. La integración de una membrana conductora de iones de cerámica en el reactor permite un aumento en la productividad de los procesos industrialmente atractivos que, de otro modo, no serían prácticos debido a las fuertes limitaciones termodinámicas.

Las membranas cerámicas están hechas de abundantes materiales como el bario y el zirconio que se encuentran dentro de grandes depósitos de arena, con la adición de finas capas electrocatalíticas de abundantes metales como el níquel y el cobre.

"Con la fabricación de alto volumen, podemos fabricar reactores de membrana a partir de cerámica activa que sean competitivos en costos con los reactores catalíticos convencionales para el procesamiento de gas", dijo Per Vestre, director general de CoorsTek Membrane Sciences. "Si bien los costos del reactor serán similares, los resultados que permite este nuevo proceso tienen el potencial de mejorar significativamente los costos financieros y ambientales de la producción química, un desarrollo que CoorsTek cree que hará que el mundo sea perceptiblemente mejor".

Más información: SH Morejudo et al, Conversión directa de metano en compuestos aromáticos en un reactor de membrana coiónica catalítica, Science (2016). DOI: 10.1126/ciencia.aag0274

Información del diario:Ciencia

Proporcionado por CoorsTek Membrane Sciences