La nuova membrana ceramica consente la prima conversione diretta del gas naturale in liquidi senza emissioni di CO2

5 agosto 2016

di CoorsTek Scienze delle membrane

Un team di scienziati di CoorsTek Membrane Sciences, dell’Università di Oslo (Norvegia) e dell’Instituto de Tecnología Química (Spagna) ha sviluppato un nuovo processo per utilizzare il gas naturale come materia prima per prodotti chimici aromatici. Il processo utilizza una nuova membrana ceramica per rendere possibile per la prima volta la conversione diretta e non ossidativa del gas in liquidi, riducendo i costi, eliminando molteplici fasi del processo ed evitando eventuali emissioni di anidride carbonica (CO2). I precursori aromatici risultanti sono sostanze chimiche di base per materiali isolanti, plastica, tessuti e carburante per aerei, tra gli altri prodotti preziosi.

L’attivazione diretta del metano, il componente principale del biogas e del gas naturale, è da decenni un obiettivo chiave della comunità di ricerca sugli idrocarburi. Questo nuovo processo è dettagliato nell'edizione del 5 agosto 2016 di Science, in un documento di ricerca intitolato "Conversione diretta del metano in aromatici in un reattore a membrana coionica catalitica".

"Consideriamo le dimensioni dell'industria del petrolio, del gas e dei prodotti petrolchimici oggi", afferma il dottor Jose Serra, professore presso l'Instituto de Tecnología Química (ITQ) di Valencia, Spagna, un laboratorio di ricerca leader per la catalisi degli idrocarburi e coautore dello studio relazione su Scienza. “Con i nuovi reattori a membrana ceramica per produrre combustibili e prodotti chimici dal gas naturale anziché dal petrolio greggio, l’intera catena del valore degli idrocarburi può diventare significativamente meno costosa, più pulita e più snella”.

"Utilizzando una membrana ceramica che rimuove contemporaneamente l'idrogeno e inietta ossigeno, siamo stati in grado di produrre idrocarburi liquidi direttamente dal metano in un processo in un'unica fase. Come bonus, il processo genera anche un flusso di idrogeno ad elevata purezza come sottoprodotto, " spiega il professor Serra. "A livello macro è davvero molto semplice: gas economico e abbondante in ingresso e liquido prezioso in uscita attraverso un processo pulito ed economico. A livello nanochimico, tuttavia, dove le molecole interagiscono con il catalizzatore e la membrana a una temperatura di circa 700 °C, non c'è C'erano molti fattori da progettare e controllare per produrre solo le preziose molecole specifiche necessarie per far funzionare il nuovo processo."

Il metano costituisce una grande frazione delle risorse mondiali di idrocarburi, ma gran parte di questa risorsa è bloccata senza percorsi di mercato economicamente validi. Anche quando disponibile per conversioni industriali, l’elevata stabilità della molecola di metano porta a perdite di energia associate alla lavorazione a più stadi in grandi impianti chimici che utilizzano ossigeno o vapore per attivare il metano in quello che è noto come trattamento del gas di sintesi.

La temperatura e la pressione sono stati storicamente i principali parametri con cui chimici e ingegneri possono lavorare per controllare le reazioni. I catalizzatori possono migliorare la velocità e la selettività, senza promuovere reazioni oltre il limite del loro equilibrio chimico. L'integrazione di una membrana ceramica conduttrice di ioni nel reattore consente di aumentare la produttività di processi di interesse industriale che altrimenti sarebbero poco pratici a causa dei forti vincoli termodinamici.

Le membrane ceramiche sono costituite da materiali abbondanti come bario e zirconio presenti all'interno di grandi depositi di sabbia, con l'aggiunta di sottili strati elettrocatalitici di metalli abbondanti come nichel e rame.

"Con una produzione in grandi volumi, possiamo realizzare reattori a membrana da ceramiche attive che sono competitivi in ​​termini di costi rispetto ai reattori catalitici convenzionali per il trattamento del gas", ha affermato Per Vestre, amministratore delegato di CoorsTek Membrane Sciences. "Anche se i costi del reattore saranno simili, i risultati consentiti da questo nuovo processo hanno il potenziale per migliorare significativamente sia i costi finanziari che quelli ambientali della produzione chimica, uno sviluppo che secondo CoorsTek renderà il mondo sensibilmente migliore."

Maggiori informazioni: SH Morejudo et al, Conversione diretta del metano in composti aromatici in un reattore catalitico a membrana co-ionica, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aag0274