Células de óxidos sólidos para a conversão de metano

• Processo: 24/19207-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2027
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Proposta de Mobilidade: SPRINT - Projetos de pesquisa - Mobilidade
• Pesquisador responsável: Fabio Coral Fonseca
• Beneficiário: Fabio Coral Fonseca
• Pesquisador Responsável no exterior: Marlu Cesar STEIL
• Instituição Parceira no exterior: Centre National de la Recherche Scientifique, França
• Instituição Sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 17/11937-4 - Rota sustentável para a conversão de metano com tecnologias eletroquímicas avançadas, AP.PCPE
• Assunto(s): Metano Materiais cerâmicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: acoplamento oxidativo do metano | anodo | Camada catalítica | células de óxido sólido | Metano | Cerâmicos

Resumo

Converter metano (CH4) em produtos de valor agregado, como etileno, etano ou metanol, de maneira econômica e ambientalmente amigável, continua sendo um desafio significativo na química. Olefinas leves, como o etileno (C2), são blocos de construção importantes para uma ampla gama de produtos onipresentes em nossa sociedade, como polímeros, cosméticos e lubrificantes, e representam um grande desafio para petroquímicos mais sustentáveis. Conforme apontado pela Agência Internacional de Energia, a descarbonização da indústria petroquímica é um ponto cego na transição energética, essencial para garantir a sustentabilidade da produção desses materiais. O metano (ou biometano), como uma matéria-prima amplamente disponível, pode ser convertido nesses produtos químicos por meio de uma rota indireta através do gás de síntese (uma mistura de CO e H2). No entanto, a produção de gás de síntese é intensiva em energia e capital. A conversão de metano em etileno (C2H4) é considerada potencialmente mais produtiva do que outros produtos devido à utilidade do etileno em uma ampla variedade de processos industriais como matéria-prima química. Atualmente, o etileno é produzido através do craqueamento de nafta a altas temperaturas (> 750 °C), o que é um processo intensivo em energia e carbono. Portanto, a conversão direta de metano em etileno sem o processo de múltiplas etapas é um avanço significativo. Tradicionalmente, na catálise heterogênea, o acoplamento oxidativo do metano (OCM) é a reação que permite a conversão direta em hidrocarbonetos superiores, especialmente o etileno. No entanto, o principal obstáculo é que o metano é bastante estável, possui fortes ligações C-H, e sua ativação continua sendo um desafio. Durante o OCM, pode ocorrer a superoxidação para CO2 e H2O, pois os produtos de oxidação parcial do metano, como etano e etileno, são menos estáveis do que o metano, criando assim desafios de seletividade. Portanto, desenvolver catalisadores e processos viáveis mais eficientes é uma questão crítica. Nossa proposta visa continuar o trabalho iniciado no CPE FAPESP-Shell CINE, descontinuado pela empresa. Temos um pedido de patente em andamento e resultados preliminares apontando para rotas promissoras de conversão de metano superando algumas limitações da catálise heterogênea usando células eletroquímicas SOC. O LEPMI tem ampla experiência nesses reatores eletroquímicos e colaborou com o IPEN nesse desenvolvimento. De fato, há um projeto francês em andamento no LEPMI, em colaboração com o IPEN, financiando um pesquisador de pós-doutorado sobre este tópico e garantindo a contraparte francesa para este Sprint. Neste projeto Sprint, as atividades planejadas incluem a fabricação e teste de SOC com catalisadores avançados desenvolvidos para serem testados em experimentos de conversão de metano por um método eletroquímico inovador acoplado a reações catalíticas. A presente proposta visa testar novos materiais de eletrodos que simplifiquem a fabricação de SOC. Atividades conjuntas e missões bilaterais entre IPEN e LEPMI estão planejadas, o que permitirá um avanço mais rápido dos testes planejados. (AU)