Más eficiente y con menor impacto ambiental: cómo el plasma frío puede transformar gas natural en metanol

Un equipo de químicos de Northwestern University desarrolló un método para producir metanol a partir de gas natural mediante pequeños estallidos de plasma, equivalentes a “rayos embotellados”. Este avance permitiría obtener un combustible líquido de manera más limpia y eficiente, con el potencial de transformar la industria energética y química global al prescindir del uso de altas temperaturas y presiones elevadas, informó el portal científico Phys.org.

En su investigación, publicada en la revista científica Journal of the American Chemical Society, los especialistas consiguieron, bajo condiciones optimizadas con la adición de argón, una selectividad de metanol del 96,8% en el producto líquido. Además, aproximadamente el 57% de todos los productos gaseosos y líquidos resultaron ser metanol.

Simultáneamente, el proceso generó compuestos valiosos como etileno —base para la producción de plásticos—, gas hidrógeno —considerado un combustible sin emisiones de carbono— y una pequeña cantidad de propano.

Cómo el plasma reemplaza el calor y la presión en la producción de metanol

El procedimiento desarrollado emplea electricidad, agua y un catalizador de óxido de cobre, lo que representa una alternativa potencialmente sostenible frente al método industrial convencional de producción de metanol.

La producción mundial de metanol actualmente implica un proceso de múltiples etapas. El método tradicional comienza con la ruptura del metano a través del reformado con vapor de agua a temperaturas superiores a los 800°C (1.472°F), seguida por la recombinación de los gases generados bajo presiones entre 200 y 300 veces la presión atmosférica estándar para sintetizar el metanol.

Según Dayne Swearer, profesor asistente de química y autor principal del estudio, este proceso demanda grandes cantidades de energía y libera millones de toneladas de dióxido de carbono cada año.

Swearer, que también integra la Weinberg College of Arts and Sciences y la McCormick School of Engineering de Northwestern University, así como tres institutos de investigación asociados a la sostenibilidad y la nanotecnología, al describir el proceso, explicó: “Utilizamos pulsos de electricidad de alto voltaje. Si el potencial eléctrico es suficiente, se forman rayos dentro de nuestro reactor del mismo modo que en una tormenta de verano. Nos beneficiamos de esa química para romper los enlaces del metano, sin calentar todo el sistema a temperaturas extremas”.

Innovaciones técnicas: diseño, plasma frío y rol del argón

El enfoque se fundamenta en la tecnología de plasma frío, un estado energético de la materia con electrones calientes y moléculas a temperatura ambiente. James Ho, doctorando y primer autor de la investigación, puntualizó: “Más del 99% del universo observable está compuesto de plasma, pero pese a su ubicuidad, es un recurso poco explorado en química. Nosotros usamos plasma frío porque se puede generar a bajas temperaturas y presiones atmosféricas normales”.

Para habilitar la conversión directa, Ho diseñó un “reactor de burbujas de plasma”: un tubo de vidrio poroso recubierto de catalizador, en el que el metano circula mientras se aplican pulsos eléctricos. Así, el metano y el agua se fragmentan en componentes altamente reactivos que se recombinan para producir metanol, que se disuelve de inmediato en el agua y detiene el progreso de la reacción, una operación destinada específicamente a evitar la descomposición del metanol en dióxido de carbono.

La inclusión de argón posibilitó una optimización añadida. A pesar de ser habitualmente inerte, este gas participó activamente tras ser ionizado en el plasma, lo que permitió que la densidad electrónica aumentara y la formación de productos secundarios no deseados se redujera.

El resultado fue un proceso más selectivo y eficiente, con mínimas pérdidas en subproductos y una salida compuesta casi en su totalidad por compuestos de alto valor industrial.

Aplicaciones, beneficios ambientales y retos futuros

Así diseñado, el procedimiento simplifica la obtención de metanol, fundamental en la fabricación de plásticos, pinturas, adhesivos y solventes. Además, responde a la demanda energética global al ofrecer una opción menos contaminante que los combustibles tradicionales como la gasolina o el diésel.

El uso del plasma frío permite la construcción de instalaciones menores y distribuidas, capaces de convertir en sitio emisiones fugitivas de metano, como las de cabezales de pozos en desuso, en combustible líquido transportable.

En palabras de Swearer: “En vez de incendiar el metano que se escapa y convertirlo en dióxido de carbono, podríamos usar pequeños reactores en el mismo sitio de la fuga para transformarlo en un producto líquido”. El siguiente reto para el equipo será perfeccionar el sistema de separación y recuperación de metanol con el objetivo de lograr una purificación eficiente a escala industrial, de acuerdo con el portal científico.