Il metano nel gas di scisto può essere trasformato in combustibili idrocarburici utilizzando un innovativo catalizzatore in platino e lega di rame, secondo una nuova ricerca condotta da UCL (University College London) e Tufts University.

È noto che il platino o il nichel rompono i legami carbonio-idrogeno nel metano che si trova nel gas di scisto per produrre combustibili idrocarburici e altre sostanze chimiche utili. Però, questo processo provoca il "coking" - il metallo viene rivestito con uno strato di carbonio che lo rende inefficace bloccando le reazioni che si verificano in superficie.

Il nuovo catalizzatore in lega è resistente al coke, quindi mantiene la sua attività e richiede meno energia per rompere i legami rispetto ad altri materiali.

Attualmente, i processi di reforming del metano sono estremamente intensi dal punto di vista energetico, richiedendo temperature di circa 900 gradi Celsius. Questo nuovo materiale potrebbe abbassarlo a 400 gradi Celsius, risparmiare energia.

Lo studio, pubblicato oggi in Chimica della natura , dimostra i vantaggi della nuova lega altamente diluita di platino in rame - una lega a singolo atomo - nella produzione di sostanze chimiche utili da piccoli idrocarburi.

Per studiare le prestazioni della lega è stata utilizzata una combinazione di scienza delle superfici, esperimenti di catalisi e potenti tecniche di calcolo. Questi hanno mostrato che il platino rompe i legami carbonio-idrogeno, e il rame aiuta ad accoppiare molecole di idrocarburi di diverse dimensioni, aprendo la strada alla conversione ai combustibili.

Co-autore dello studio, Professor Michail Stamatakis (Ingegneria Chimica dell'UCL), ha dichiarato:"Abbiamo utilizzato i supercomputer per modellare come avviene la reazione:la rottura e la creazione di legami in piccole molecole sulla superficie della lega catalitica, e anche per prevederne le prestazioni su larga scala. Per questo, avevamo bisogno di accedere a centinaia di processori per simulare migliaia di eventi di reazione".

Mentre i ricercatori dell'UCL hanno tracciato la reazione usando i computer, I chimici e gli ingegneri chimici di Tufts hanno condotto esperimenti di scienza delle superfici e microreattori per dimostrare la fattibilità del nuovo catalizzatore - atomi di platino dispersi in una superficie di rame - in un ambiente pratico. Hanno scoperto che la lega a singolo atomo era molto stabile e richiedeva solo una piccola quantità di platino per funzionare.

Responsabile dello studio, Professor Charles Sykes del Dipartimento di Chimica della School of Arts &Sciences della Tufts University, disse:"Vedere per credere, e il nostro microscopio a scansione a effetto tunnel ci ha permesso di visualizzare come i singoli atomi di platino erano disposti nel rame. Dato che il platino è superiore a $ 1, 000 l'oncia, contro il rame a 15 centesimi, si può ottenere un notevole risparmio sui costi."

Insieme, il team mostra che è necessaria meno energia per la lega per aiutare a rompere i legami tra atomi di carbonio e idrogeno in metano e butano, e che la lega è resistente alla coke, aprendo nuove applicazioni per il materiale.

Co-autore dello studio, Illustre Professoressa Maria Flytzani-Stephanopoulos del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica della Scuola di Ingegneria della Tufts University, ha dichiarato:"Mentre i catalizzatori modello negli esperimenti di scienza delle superfici sono essenziali per seguire la struttura e la reattività su scala atomica, è entusiasmante estendere questa conoscenza a catalizzatori di nanoparticelle realistici di composizioni simili e testarli in condizioni pratiche, finalizzato allo sviluppo del catalizzatore per la fase successiva:l'applicazione industriale."

Il team ora prevede di sviluppare ulteriori catalizzatori che siano altrettanto resistenti al coke che affligge i metalli tradizionalmente utilizzati in questo e in altri processi chimici.