El etileno se produce en mayor cantidad que cualquier otra sustancia química básica del mundo. Esta pequeña molécula, formada por dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno, es un componente básico en la fabricación de una amplia gama de productos químicos básicos, polímeros y plastificantes. El material de embalaje polietileno (PE) es solo una de las muchas aplicaciones populares. Hoy en día, el etileno se fabrica principalmente a partir de petróleo crudo mediante un proceso conocido como craqueo, pero la volatilidad persistente de los precios y la disponibilidad finita del crudo han impulsado un auge de un enfoque alternativo de producción: su síntesis a partir de metanol en el denominado proceso metanol a olefinas (MTO). Ahora, un equipo de científicos de ETH Zurich y ENS Lyon ha determinado en detalle cómo comienza la reacción.
Los químicos desarrollaron el proceso MTO a finales de los años setenta, y hoy existen plantas de fabricación en todo el mundo. China tiene más plantas MTO que cualquier otro país: cinco instalaciones a gran escala están actualmente en funcionamiento y otras trece están previstas. La razón es sencilla: China tiene una enorme demanda de petroquímicos con un acceso limitado a yacimientos de petróleo. Lo que sí posee son grandes reservas de carbón, y el metanol puede fabricarse con bastante facilidad mediante la gasificación del carbón. Además, el metanol puede obtenerse a partir de gas natural. Por consiguiente, los inversores chinos planean fabricar metanol en Estados Unidos para exportarlo a China, aprovechando las abundantes reservas de gas de esquisto del país.
¿De dónde procede el ion carbenio?
Para que se produzca la reacción MTO, el metanol se combina con las llamadas zeolitas a 400 grados Celsius. Estas zeolitas son minerales de aluminosilicato porosos y granulares que facilitan la reacción como catalizadores. Durante mucho tiempo, los químicos no lograron explicar con exactitud la reacción MTO. Hace 20 años, los científicos postularon que debían intervenir otras moléculas: hidrocarburos cíclicos con carga positiva en los que cinco o seis átomos de carbono están unidos entre sí, también conocidos como iones carbenio cíclicos. Estas especies reaccionan efectivamente con el metanol: unen dos moléculas de metanol mediante un enlace carbono-carbono y, antes de producir etileno, forman dicho enlace.
No obstante, si estos iones carbenio cíclicos intervienen y son necesarios para que la reacción comience, surge la pregunta de dónde proceden. Muchos científicos propusieron que estos iones deben estar presentes como contaminantes accidentales en el metanol.
Ahora, el equipo de investigación franco-suizo ha propuesto una explicación distinta. “Hemos demostrado que la alúmina, que siempre está presente en las zeolitas, puede transformar fácilmente el metanol en etileno y otros hidrocarburos, que luego pueden convertirse en iones carbenio en los poros del catalizador de zeolita”, explica Christophe Copéret, catedrático de Química de Superficies e Interfases en ETH Zurich y uno de los autores del estudio. “Mientras el proceso MTO funciona a escala industrial, este trabajo arroja nueva luz sobre cómo comienza el proceso. Y demuestra que los óxidos sencillos como la alúmina pueden desencadenar la formación de enlaces carbono-carbono a partir de derivados del metanol, abriendo así nuevas vías para la transformación del metanol en hidrocarburos de cadena larga.”
Este artículo se publica en colaboración con ETH Zurich. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
Para estar al día con la Agenda suscríbase a nuestro boletín semanal.
Autor: Fabio Bergamin escribe para ETH Zurich.
Imagen: Vista del Proyecto de Empresa Conjunta de Metanol en el puerto de Asalouyeh, a 900 km (560 millas) al suroeste de Teherán. REUTERS/Raheb Homavandi
