Metano a Produtos


Coordenador do programa
Fabio Coral Fonseca – IPEN – fabiocf@usp.br

Pesquisadores principais
Almir Oliveira Neto – IPEN – aolivei@ipen.br
André Santarosa Ferlauto – UFABC – andre.ferlauto@ufabc.edu.br
Daniel Zanetti de Florio – UFABC – daniel.florio@ufabc.edu.br
Elisabete Inacio Santiago – IPEN – eisantia@ipen.br
Estevam V. Spinacé – IPEN – espinace@ipen.br
Reginaldo Muccillo – IPEN – muccillo@usp.br

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Publicações
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Entre os desafios que a indústria química moderna enfrenta, o desenvolvimento de novas rotas sustentáveis ​​para a produção de produtos químicos e combustíveis é potencialmente o mais significativo. O gás natural foi e continuará a ser, num futuro próximo, uma das principais fontes de hidrocarbonetos para geração de energia. O gás natural, com seu principal componente sendo o CH4, tornou-se significativamente mais barato e com disponibilidade muito além da demanda prevista atual e futura. Tal cenário renovou o interesse científico em tecnologias que podem converter de forma eficiente e sustentável essa abundante matéria-prima em produtos úteis. No entanto, o metano também é o menos reativo de todos os hidrocarbonetos e, portanto, o desenvolvimento de processos eficientes e seletivos de conversão de metano em combustíveis e produtos químicos tornou-se crítico nos últimos anos devido ao número emergente de reservas de gás natural inexploradas e a necessidade urgente de reduzir tanto as emissões de gases de efeito estufa quanto a dependência de recursos limitados de petróleo bruto. No entanto, as rotas industriais para a conversão de metano em combustíveis e produtos químicos em uma etapa são escassas. As rotas mais avançadas tecnologicamente envolvem a conversão indireta de metano (isto é, reforma a vapor de metano) em combustíveis e produtos químicos. Os desafios associados à conversão em uma etapa do metano em produtos químicos e combustíveis surgem do fato de que o metano é uma molécula muito estável, composta de ligações C-H que são fracamente polarizadas. Portanto, reagentes muito agressivos e condições operacionais (por exemplo, temperatura e pressões) são necessários para ativar a ligação CH de metano, consequentemente favorecendo reações indesejadas (por exemplo, combustão completa para CO2) que levam à perda de atividade, seletividade e rendimento dos produtos desejados.

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Projetos

Coordenador do projeto: Reginaldo Muccillo – IPEN – muccillo@usp.br

O objetivo do projeto é o desenvolvimento de uma nova geração de membranas compostas para a separação de CO2 com maior condutividade elétrica. Para atingir este objetivo, as condutividades iônicas e eletrônicas serão manipuladas pela microestrutura ou composição.

Coordenador do projeto: Estevam V. Spinacé – IPEN – espinace@ipen.br

O principal objetivo desta proposta é preparar fotocatalisadores ativos com diferentes composições e morfologias baseadas em nanopartículas de metais nobres (Pt, Au, Pd, Ag) suportadas em semicondutores (TiO2, ZnO, Ga2O3) para a conversão de metano em produtos de alto valor agregado (Hidrocarbonetos C2 a C6, especialmente C2H6 etano) acoplados à evolução de hidrogênio da água. O objetivo final é obter fotocatalisadores que apresentem valores de eficiência quântica superiores aos atualmente descritos na literatura (da ordem de 5%).

Coordenador do projeto: Fabio Coral Fonseca – IPEN – fabiocf@usp.br
André SantarosaFerlauto – UFABC – andre.ferlauto@ufabc.edu.brO projeto visa desenvolver novos compósitos à base de céria para conversão termoquímica eficiente de metano e outras moléculas em alta temperatura (até 1500 K). O principal objetivo é obter materiais que sejam física e quimicamente estáveis ​​e que mantenham elevada porosidade a longo prazo, ou seja, que mantenham a atividade catalítica nas condições de funcionamento dos ciclos redox termoquímicos.
Coordenador do projeto: Almir Oliveira Neto – IPEN – aolivei@ipen.br
Thiago Lopes – IPEN – thiago.lopes@ipen.br
O projeto pretende promover a oxidação seletiva de metano a metanol por meios eletroquímicos em uma etapa simples através do desenvolvimento de eletrocatalisadores: (i) seletiva para a formação de peróxido de hidrogênio in-situ; (ii) capaz de replicar o ciclo de oxidação do metano em metanol presente nas metaloenzimas; e (ii) baseado em catálise heterogênea convencional, mas operando adequadamente sob um controle eletroquímico em temperaturas intermediárias.

Coordenadora do projeto: Elisabete Inacio Santiago – IPEN – eisantia@ipen.br

O projeto visa desenvolver novos materiais eletrodo e eletrolítico para serem utilizados em um reator eletroquímico de metano (CH4) a metanol (CH3OH). Neste contexto, pretende-se produzir eletrólitos sólidos poliméricos portadores de íons carbonato (CO32–) com alta condutividade iônica, baixa permeabilidade a gases e alta estabilidade química e mecânica, bem como eletrocatalisadores seletivos e eficientes para eletrodos anódicos e catódicos. Os materiais com as melhores propriedades físico-químicas serão avaliados em um reator eletroquímico capaz de produzir metanol a partir do metano (CH4) mediado por dióxido de carbono (CO2) em baixas temperaturas (<80 ° C).

Coordenador do projeto: Fabio Coral Fonseca – IPEN – fabiocf@usp.br
Daniel Zanetti de Florio – UFABC – daniel.florio@ufabc.edu.br

O objetivo principal é desenvolver um reator de óxido sólido estável e de alto desempenho para estudar as reações eletrolíticas e galvânicas do metano em altas temperaturas. Essas reações serão usadas para obter produtos de alto valor, como o metanol. O principal desafio é controlar os caminhos de reação e a estabilidade do sistema em ambos os modos de operação, como Célula a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) e Célula Eletrolisadora de Óxido Sólido (SOEC). O principal resultado esperado é o avanço no entendimento das principais reações que ocorrem em reatores galvânicos e a demonstração da possibilidade de produção de produtos químicos de alto valor agregado a partir do metano em reatores SOEC / SOFC.


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