Investigadores de la Universidad de Florida Central están convirtiendo metano en energía y materiales útiles. El avance en la tecnología de utilización de metano se debe a la colaboración entre Laurene Tetard, nanotecnóloga, y Richard Blair, experto en catálisis. Se desarrollaron métodos innovadores para utilizar metano, un potente gas de efecto invernadero, con este fin. Esta técnica utiliza luz visible y catalizadores especiales para producir hidrógeno a partir de metano sin liberar carbono. Esta tecnología también permite la creación de estructuras de carbono precisas a escalas muy pequeñas, que pueden utilizarse en numerosas aplicaciones valiosas.
Dos investigadores de la Universidad de Florida Central (UCF) han desarrollado con éxito técnicas innovadoras para generar energía y materiales a partir del metano, un gas de efecto invernadero perjudicial. Esta nueva innovación de la UCF permite utilizar el metano en la producción de energía verde , lo que contribuirá a la creación de materiales de alto rendimiento para biotecnología, dispositivos inteligentes, células solares y otros dispositivos. Durante la última década, la nanotecnóloga Laurene Tetard y el experto en catálisis Richard Blair han colaborado en investigaciones en la UCF, dando como resultado una serie de inventos innovadores.
Laurene Tetard es profesora asociada y subdirectora del Departamento de Física de la UCF, además de investigadora del Centro de Tecnología de Nanociencia. Richard Blair es profesor investigador en el Instituto Espacial de Florida, perteneciente a la UCF.
Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), el metano tiene un impacto 28 veces mayor en la atmósfera terrestre que el dióxido de carbono, otro importante gas de efecto invernadero, en un período de 100 años. El metano puede atrapar más radiación, a pesar de su menor vida en la atmósfera en comparación con el dióxido de carbono. Entre los factores que contribuyen significativamente a la liberación de metano a la atmósfera se encuentran las actividades energéticas e industriales, las prácticas agrícolas y la presencia de vertederos.
Fuerte colaboración
Como colaboradores de investigación experimentados, Tetard y Blair conocen bien el viejo dicho: "Si no lo consigues a la primera, inténtalo de nuevo".
Tetard dijo: «Nos llevó un tiempo obtener resultados realmente interesantes. Al principio, gran parte de la caracterización que intentamos hacer no funcionaba como queríamos. Nos sentamos a discutir observaciones desconcertantes muchísimas veces».
Sin embargo, perseveraron incansablemente, y su determinación inquebrantable finalmente les dio como resultado nuevas innovaciones. «Richard tiene un millón de ideas diferentes sobre cómo solucionar problemas. Así que, al final, encontrábamos algo que funcionaba», añadió Tetard.
Introducción de un enfoque mejorado y más ecológico para la producción de hidrógeno
La invención inicial consiste en un enfoque innovador para generar hidrógeno a partir de hidrocarburos , como el metano, eliminando al mismo tiempo la liberación de gases de carbono.
Esta innovación se centra en la utilización de luz visible, como láseres, lámparas o fuentes solares, y fotocatalizadores ricos en boro con defectos estructurales. Este enfoque pone de manifiesto las extraordinarias capacidades de los materiales a nanoescala, permitiendo la captura y conversión de hidrocarburos como el metano con la ayuda de la luz visible. La ingeniería de defectos implica la creación de materiales con estructuras irregulares.
Ciertos contaminantes, como el dióxido de carbono, el monóxido de carbono o los compuestos poliaromáticos superiores, suelen generarse cuando una reacción se lleva a cabo con catalizadores convencionales a temperaturas elevadas. Sin embargo, el hidrógeno producido mediante la invención de la UCF está libre de estos contaminantes.
Véase también : ¿Qué es el silicio amorfo hidrogenado?
De esta forma, los investigadores convierten el metano en energía y materiales útiles libres de impurezas. Este desarrollo tiene el potencial de reducir el costo de los catalizadores utilizados en la producción de energía, mejorar la conversión fotocatalítica en el rango visible y optimizar el uso de la energía solar para la catálisis. Entre las posibles aplicaciones del hidrógeno en el mercado se incluyen aplicaciones a gran escala en la captura y conversión de metano, así como su participación en parques solares.
Richard Blair dijo: “Ese invento es en realidad una doble ventaja. Se obtiene hidrógeno verde y se elimina —no se secuestra realmente— el metano. Se procesa el metano para convertirlo en hidrógeno y carbono puro que se puede utilizar para cosas como baterías”.
Según él, tradicionalmente se utilizaban metano y agua, junto con altas temperaturas, en la producción de hidrógeno. Pero ese proceso emite dióxido de carbono además de producir hidrógeno.
Blair añadió: «Nuestro proceso toma un gas de efecto invernadero, el metano, y lo convierte en algo que no es un gas de efecto invernadero y en dos productos valiosos: hidrógeno y carbono. Y hemos eliminado el metano del ciclo».
Se observó que el Laboratorio Exolith de la UCF logró aprovechar la energía solar para generar hidrógeno a partir de metano, gracias a la implementación de un robusto sistema de concentración solar. Sugiere que los países con recursos energéticos limitados podrían utilizar este invento mediante el uso de metano y luz solar. El metano se encuentra en vertederos, zonas industriales y agrícolas, y plantas de tratamiento de aguas residuales, además de en sistemas de petróleo y gas natural.
¿Sabías que los investigadores sudafricanos están utilizando hidrógeno verde para producir gas de vertedero?
Producción de nano o microestructuras de carbono sin contaminación
La tecnología de Tetard y Blair crea estructuras de carbono precisas a nanoescala y microescala mediante luz y un fotocatalizador con defectos controlados. Algunos ejemplos son el monóxido de carbono, el etano, el metano, el propano y el propeno.
Laurene Tetard afirmó: «Es como tener una impresora 3D de carbono en lugar de una de polímeros. Si contamos con una herramienta como esta, quizás podamos crear diseños de andamios de carbono que hoy en día son imposibles. El sueño es fabricar materiales de carbono de alto rendimiento a partir de metano, algo que actualmente no se logra con éxito».
“Por lo tanto, este invento sería una forma de fabricar dichos materiales a partir de metano de manera sostenible y a gran escala industrial”, añadió Blair.
Las estructuras de carbono producidas son pequeñas y están bien estructuradas , lo que permite una disposición precisa con tamaños y patrones exactos. Blair comentó: «Ahora estamos hablando de aplicaciones de alto costo, tal vez para dispositivos médicos o nuevos sensores químicos. Esto se convierte en una plataforma para desarrollar todo tipo de productos. La aplicación solo está limitada por la imaginación».
Los investigadores convierten el metano en energía y materiales útiles, pero aún se requieren algunos ajustes. Los métodos de diseño tienen el potencial de incorporar una variedad de láseres o iluminación solar, ya que el proceso de crecimiento se puede ajustar a diferentes longitudes de onda, y el laboratorio de Tetard está intentando reducir el tamaño. Tetard comentó: «Estamos tratando de encontrar una manera de aprender del proceso y ver cómo podríamos hacerlo funcionar incluso a escalas más pequeñas: controlar la luz en un volumen minúsculo».
“Actualmente, el tamaño de las estructuras es microscópico porque el volumen focal de luz que creamos es microscópico”. Por lo tanto, si podemos controlar la luz en un volumen minúsculo, tal vez podamos cultivar objetos de tamaño nanométrico para nanoestructuras con patrones mil veces más pequeños. Es algo que estamos considerando implementar en el futuro. Y entonces, si eso se vuelve posible, hay muchas cosas que podemos hacer con ello”, agregó Tetard.
