Avvolgendo le nanoparticelle di nichel in uno scudo protettivo di silice porosa, I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato un catalizzatore altamente attivo e robusto che potrebbe aiutare a produrre metano dalla biomassa.

La biomassa è una materia prima potenzialmente a emissioni zero per produrre combustibili o altre sostanze chimiche utili. Attraverso un processo chiamato gassificazione, la biomassa viene convertita in una miscela, noto come syngas, composto da monossido di carbonio, anidride carbonica e idrogeno. Il syngas può essere trasformato in una gamma di altri prodotti chimici, compreso il metano, che può essere utilizzato come carburante per il trasporto o gas di città, o bruciato per generare elettricità.

Vari catalizzatori convertono il syngas in metano. Il nichel è uno dei più comuni, a causa della sua elevata attività e del costo moderato, ed è tipicamente supportato su un altro materiale come allumina o silice. Ma il catalizzatore può disattivarsi durante questa reazione di metanazione ad alta temperatura, sia attraverso un accumulo di carbonio chiamato coking, o mediante un processo chiamato sinterizzazione in cui le particelle di catalizzatore si aggregano. Inoltre, eventuali tracce di composti solforati nel syngas possono spegnere molto rapidamente l'attività catalitica del nichel, quindi il syngas deve passare attraverso un costoso processo di pulizia per rimuovere lo zolfo prima della metanazione.

Luwei Chen dell'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences e colleghi hanno ora incorporato nanoparticelle di nichel nella silice porosa, che consente ai gas di accedere al catalizzatore, ma previene i problemi che causano la disattivazione.

Hanno preparato il catalizzatore mescolando particelle di idrossido di nichel con tetraetile ortosilicato. Dopo ulteriori elaborazioni, hanno attivato il nichel facendolo reagire con l'idrogeno a 600 gradi Celsius, formando particelle che contenevano circa il 40% di nichel in peso. I ricercatori hanno testato il loro catalizzatore con syngas derivato da un processo di gassificazione, e con un syngas simulato, entrambi i quali contenevano zolfo. Utilizzando tecniche come la microscopia elettronica a trasmissione, Diffrazione di raggi X e analisi gravimetrica termica, hanno scoperto che il catalizzatore ha subito pochissima sinterizzazione o coking durante la reazione, a differenza di un catalizzatore commerciale che è stato testato utilizzando gli stessi campioni di syngas. "La silice porosa protegge isolando ogni particella, per prevenire la sinterizzazione, "dice Chen.

Il catalizzatore di nichel-silice ha anche resistito alle impurità di zolfo per tre volte più a lungo del suo rivale commerciale prima della disattivazione. Migliorare la resistenza allo zolfo del catalizzatore in questo modo potrebbe portare a significativi risparmi sui costi nel processo di pulizia del syngas. I ricercatori stanno ora collaborando con IHI, una società di ingegneria giapponese, per aumentare la loro sintesi del catalizzatore, e il processo di metanazione.