Ottenere il massimo dal gas naturale

L'utilizzo del gas naturale come materia prima per i prodotti chimici è un obiettivo intensamente perseguito dalla ricerca chimica. Gli scienziati guidati da Javier Pérez-Ramírez, professore di ingegneria della catalisi, sono ora riusciti a ottimizzare un processo con cui i componenti del gas naturale possono essere convertiti in prodotti chimici di maggior valore. "Sostituiamo una molecola del componente del gas naturale metano (CH₄) sostituisce un atomo di idrogeno con un atomo di bromo, dando origine al bromometano (CH₃Br)", spiega Pérez-Ramírez. "Questo può essere utilizzato dall'industria chimica come materiale di partenza per la produzione di carburanti e di una serie di prodotti chimici come polimeri e farmaci".

Ricircolo interno del bromo

Quando il bromometano viene trasformato in combustibili e prodotti chimici, il bromo viene rilasciato sotto forma di bromuro di idrogeno (HBr). "Il bello della nostra reazione è che può incorporare il bromo dall'idrogeno bromuro di nuovo nel bromometano con l'aiuto dell'ossigeno. Il ciclo del bromo è chiuso, non si perde bromo", spiega Pérez-Ramírez.

L'ossibromurazione del metano, come viene chiamata la reazione, è già oggi possibile con l'aiuto di catalizzatori (acceleratori di reazione). Tuttavia, ciò produce spesso grandi quantità di sottoprodotti indesiderati. Gli specialisti di catalisi dell'ETH cercavano quindi un modo per aumentare la selettività della reazione. In un processo di selezione in più fasi, hanno confrontato un gran numero di materiali catalizzatori diversi. Il fosfato di vanadio si è rivelato il più adatto.

Più facile che attraverso il gas di sintesi

Il fosfato di vanadio è un catalizzatore di ossidazione relativamente delicato, che è esattamente ciò che i chimici desiderano per l'ossibromurazione del metano. Da un lato, il catalizzatore è sufficientemente forte da permettere all'idrogeno bromuro di reagire con l'ossigeno sulla sua superficie. D'altra parte, l'effetto catalitico del fosfato di vanadio è troppo debole perché ossidi il metano e i prodotti di reazione bromurati in modo indesiderato.

"Il nostro metodo consente di effettuare l'ossibromurazione del metano in un unico passaggio, a pressione ambiente e a temperature inferiori a 500 gradi Celsius. Questo lo rende interessante anche per l'industria", afferma Vladimir Paunović, dottorando del gruppo di Pérez-Ramírez. Per convertire il metano in prodotti chimici superiori, l'industria utilizza attualmente un metodo indiretto con il gas di sintesi come prodotto intermedio. Tuttavia, questo metodo è estremamente dispendioso dal punto di vista energetico e avviene ad alte pressioni (fino a 30 bar) e ad alte temperature (fino a 1000 gradi).

Meno suscettibile alla corrosione

Il nuovo convertitore catalitico è anche più stabile e duraturo dei precedenti. "Il bromo è un alogeno. Da un lato, gli alogeni reagiscono molto facilmente con il materiale di partenza, il che è auspicabile in questo caso. Dall'altro, però, attaccano il catalizzatore", spiega il dottorando Paunović. "Il nostro catalizzatore resiste alla corrosione da parte degli alogeni molto meglio di quelli precedenti, e per questo può essere utilizzato più a lungo".

Lo sforzo della ricerca chimica di utilizzare sempre più spesso il gas naturale come materia prima per la sintesi è dovuto principalmente al fatto che è disponibile in grandi quantità. "Attualmente c'è un boom nella ricerca di gas naturale. Se si includono i giacimenti non convenzionali di più difficile accesso, come il gas di scisto o il gas di filone di carbone, si stima che le riserve di gas durino almeno 100 anni", afferma l'ETH professor Pérez-Ramírez. Oggi il petrolio greggio viene utilizzato soprattutto come materia prima per i prodotti chimici. Tuttavia, i suoi giacimenti si stanno esaurendo. I chimici vedono nel gas naturale un'alternativa adeguata.