Científicos introducen un rayo dentro de un tubo de agua para transformar el metano en metanol: logran crear el combustible ecológico del siglo

Convertir metano en metanol ha sido durante décadas uno de los grandes retos de la química sostenible. El metano es un recurso abundante, mientras que el metanol es un líquido fácil de almacenar, transportar y utilizar tanto como combustible como materia prima industrial. Ahora, un equipo de la Universidad Northwestern ha logrado un avance prometedor: un proceso en un único paso que utiliza descargas eléctricas dentro de un tubo de vidrio poroso recubierto con óxido de cobre, sumergido en agua. Al aplicar pulsos eléctricos de alto voltaje, se generan descargas internas similares a pequeñas «tormentas eléctricas».

Esto permite romper enlaces del metano y generar fragmentos reactivos que, al interactuar con el agua y el catalizador, se recombinan formando metanol. El metanol es clave en la industria moderna, ya que se utiliza como combustible en desarrollo para el transporte marítimo y la generación de energía. Sin embargo, su producción convencional implica un proceso de reformado con vapor a temperaturas superiores a 800 °C para generar gases intermedios, seguido de una síntesis a altas presiones, normalmente entre 200 y 300 atmósferas. Aunque es un método eficaz, conlleva un alto consumo energético y emisiones asociadas.

El nuevo ‘invento’ que transforma el metano en metanol

El metanol es un compuesto clave en la industria moderna, presente en productos como plásticos, pinturas o adhesivos. Además, está ganando interés como combustible para barcos y sistemas de generación de energía, ya que puede reducir emisiones de azufre y partículas frente a combustibles tradicionales.

En este contexto, los investigadores buscaban no sólo activar el metano, sino detener la reacción en el punto adecuado para evitar que el metanol continúe degradándose. Para ello, mezclaron el metano con argón, y los resultados fueron muy positivos: la selectividad hacia metanol en fase líquida alcanzó el 96,8%, y considerando todos los productos (gaseosos y líquidos), alrededor del 57% terminó siendo metanol. También se detectaron subproductos como etileno, hidrógeno y pequeñas trazas de propano. En el resumen del estudio se menciona un consumo energético de 46,7 kWh por kilogramo de metanol.

Sin embargo, los expertos hacen un llamamiento a la calma, ya que los resultados presentados son experimentales, y el proyecto todavía debe demostrar estabilidad, seguridad, mantenimiento y eficiencia en condiciones reales. Ahora, el siguiente paso será optimizar el sistema y recuperar y purificar el metanol producido. Además, hay que tener en cuenta el contexto energético, ya que no es lo mismo utilizar metano que se habría liberado a la atmósfera que consumir metano fósil adicional.

‘Tormentas eléctricas’ en miniatura

El corazón del sistema es un tubo de vidrio poroso recubierto con un catalizador de óxido de cobre, sumergido en agua. A través de él se hace pasar metano mientras se aplican pulsos eléctricos de alto voltaje. En ese punto ocurre lo realmente interesante. El gas se transforma en plasma, generando descargas que recuerdan a pequeños rayos. Estas descargas rompen las moléculas de metano y agua en fragmentos altamente reactivos, que luego se recombinan. Y aquí está la clave: el metanol que se forma se disuelve de inmediato en el agua. Eso detiene la reacción en el momento justo. Porque si continúa, el metanol puede degradarse y acabar convirtiéndose en dióxido de carbono, justo lo que se intenta evitar.

Para mejorar el rendimiento, los investigadores incorporaron argón al sistema. En condiciones normales, es un gas noble e inerte, es decir, prácticamente no reacciona. Sin embargo, en un entorno de plasma su comportamiento cambia. Al ionizarse, contribuye a aumentar la densidad de electrones y favorece las reacciones deseadas, reduciendo la formación de subproductos no útiles. Es un buen ejemplo de cómo el plasma altera por completo la química convencional.

«La oxidación directa y parcial del metano hacia combustibles químicos de alto valor añadido, como el metanol, sigue siendo un gran desafío (aunque muy prometedor) en la química catalítica. En este trabajo, presentamos interfaces plasma-catalizador-líquido (PCLI) diseñadas que permiten una vía electrificada, en un solo paso y a presión atmosférica, para la oxidación del metano a metanol y a hidrocarburos de mayor complejidad.

Mediante la integración de un vidrio poroso con óxido de cobre (CuO) y un plasma de metano no térmico en un entorno acuoso, demostramos la importancia del transporte de masa de las especies activadas por el plasma hacia la superficie del catalizador para controlar la selectividad de la oxidación.

Tras un estudio sistemático de las condiciones de reacción, se obtuvo una selectividad optimizada de metanol en fase líquida del 96,8 ± 0,6% (con una selectividad total máxima del 57,9 ± 5,5%), junto con una tasa de producción de 51,8 ± 1,5 mmol de metanol por gramo de CuO por hora.
Además, se detectó la producción en fase gas de hidrógeno (H₂) e hidrocarburos C₂+ (como etano, etileno, propano y propileno), con una notable ausencia de productos de sobreoxidación (es decir, CO₂) en las condiciones óptimas de reacción», concluyen los investigadores del estudio publicado en Journal of the American Chemical Society.