Para revelar em escala atômica o mecanismo de formação do metano (CH₄) durante a pirólise do carvão betuminoso, suprindo as limitações dos métodos experimentais tradicionais na captura dos precursores da reação e das rotas microscópicas, este estudo utilizou uma abordagem combinada de experimentos TG-TDLAS (análise termogravimétrica com espectroscopia de absorção a laser semicondutor sintonizável) e simulações de dinâmica molecular reativa (ReaxFF MD). Primeiro, os experimentos TG-TDLAS forneceram a dependência macroscópica da temperatura e o comportamento cinético da formação de CH₄. Em seguida, com base na análise elementar, espectroscopia de infravermelho e caracterização por ressonância magnética nuclear de ¹³C da amostra de carvão betuminoso, foi construído um modelo molecular do carvão (C₃₀₉H₂₀₃N₃O₁₈) e as simulações ReaxFF MD analisaram o processo dinâmico da ruptura do radical livre CH₃, migração de hidrogênio e formação de CH₄ em diferentes temperaturas. Os resultados mostraram que a geração de CH₄ está concentrada principalmente entre 450 e 750 °C, com pico por volta de 600 °C; a simulação revelou o mecanismo microscópico em que o radical da cadeia lateral CH₃ se rompe a aproximadamente 1100 K, formando radicais livres, que em seguida capturam átomos de hidrogênio vizinhos para se converterem em CH₄, atingindo o pico a 2500 K. Ambos os métodos concordam fortemente na tendência de formação. Conclui-se que este método explica sistematicamente, em níveis macro e micro, que a fonte de CH₄ decorre do equilíbrio entre a ruptura dos precursores e a captura de hidrogênio, validando as vantagens únicas do ReaxFF MD em revelar o comportamento dos intermediários na complexa rede de reações da pirólise do carvão, fornecendo uma base teórica para compreender a autoignição do carvão, as rotas de craqueamento e melhorar a eficiência da conversão de energia.

ReaxFF MD;pirólise;modelo molecular do carvão;CH₄