Transformando Metano em Nanotubos de Carbono e Hidrogênio

Um novo estudo descreve como o metano pode ser transformado em hidrogênio e materiais de nanotubos de carbono de alto desempenho.

Pesquisadores do Universidade de Cambridge relatar essa transformação em Energia da Natureza, mostrando que o hidrogênio pode ser obtido com baixo CO₂ emissões e produzir materiais de nanotubos de carbono (CNT) de alto desempenho ao mesmo tempo. Esses CNTs podem servir como alternativas sustentáveis ​​ao CO₂-materiais intensivos como aço, alumínio e cobre.

O avanço foi desenvolvido por uma equipe colaborativa da Universidade de Cambridge e da Universidade de Stanford, que aprimoraram um reator de fluxo contínuo para melhorar sua eficiência sem sacrificar a qualidade dos nanotubos versáteis e de alto valor.

O hidrogénio é cada vez mais reconhecido como um combustível sustentável que pode facilitar a descarbonização de indústrias que têm dificuldade em eletrificar, como a aviação e o transporte marítimo. A produção world de hidrogénio é de 100 milhões de toneladas métricas anuais, servindo principalmente como matéria-prima para processos industriais como a produção de amoníaco, que é essencial para fertilizantes artificiais.

Esta geração de hidrogênio é predominantemente dependente da reforma a vapor do metano do gás pure, um processo que é altamente CO₂é intensivo e é responsável por 2-3% das emissões globais de gases com efeito de estufa.

Os investigadores introduziram a tecnologia que promete ser dimensionada para aplicações práticas, oferecendo um caminho para gerar combustíveis e materiais sustentáveis ​​através de um único processo. Esta inovação poderá servir como um passo essential para a pirólise do metano, um método que transforma o metano em hidrogénio turquesa, produzindo carbono sólido e, assim, evitando o CO₂ emissões.

O reator de fluxo contínuo desenvolvido pelos pesquisadores emprega um método altamente adaptável e escalável conhecido como catalisador flutuante deposição química de vapor (FCCVD), que facilita a produção contínua em massa de nanotubos de carbono (CNTs) na forma de esteiras, fibras e aerogéis.

Esses materiais CNT possuem resistência e leveza superiores ao aço, além de excelente condutividade elétrica e térmica. Esta combinação única de características posiciona-os como alternativas viáveis ​​aos materiais existentes em diversas aplicações, incluindo baterias e têxteis.

É importante notar que o processo FCCVD tem tradicionalmente consumido hidrogénio em vez de o gerar.

Conseguimos superar esse problema reciclando gases dentro do nosso reator em uma configuração multipassagem, o que permitiu a produção de hidrogênio e CNTs ao mesmo tempo.

Jack Peden, coautor do estudo e Ph.D. Estudante, Departamento de Engenharia, Universidade de Cambridge

“Os nanotubos produzidos no reator multipassagens possuíam propriedades semelhantes às produzidas em um reator convencional, com eficiência muitas vezes superior à do reator convencional”, disse Peden.

Peden disse que atender à demanda atual de hidrogênio de cerca de 100 milhões de toneladas métricas por ano usando a pirólise de metano geraria cerca de 300 milhões de toneladas métricas de carbono sólido anualmente. Ele explicou que apenas um pequeno número de materiais é actualmente produzido em escalas comparáveis, principalmente materiais estruturais como betão, aço e plásticos.

Como resultado, ele argumentou que aumentar a pirólise do metano de uma forma significativa exigiria a produção de materiais de carbono adequados para aplicações semelhantes em grande escala.

Ao capturar e reciclar os gases dentro do reator e otimizar o projeto do forno, reduzimos significativamente a energia necessária para executar o processo.

James Elliott, coautor do estudo, Departamento de Ciência de Materiais e Metalurgia, Universidade de Cambridge

“O carbono nanomateriais produzidos já são promissores em baterias e têxteis, e poderão no futuro ser usados ​​em compósitos leves, materiais de construção ou cabos elétricos de alta tensão. Dado que estes materiais têm um valor económico substancial, a sua venda pode compensar os custos operacionais, tornando a pirólise do metano uma rota comercialmente competitiva para o hidrogénio de baixo carbono.”, disse Elliott.

Referência do periódico:

Peden, J. e outros. (2026). Produção de nanotubos de hidrogênio e carbono a partir de metano usando um reator de deposição química de vapor de catalisador flutuante de múltiplas passagens com reciclagem de gás de processo. Energia da Natureza. DOI: 10.1038/s41560-025-01925-3.