I ricercatori dell'Università di Hokkaido hanno creato un catalizzatore migliorato per la conversione del gas metano in syngas, un precursore per combustibili liquidi e sostanze chimiche fondamentali.

Syngas, noto anche come gas di sintesi, è una miscela composta principalmente da monossido di carbonio e idrogeno e viene utilizzata per produrre polimeri, prodotti farmaceutici, e petrolio sintetico. Si ottiene esponendo il metano al vapore acqueo a 900 °C o più, rendendo il processo costoso.

L'ossidazione parziale del metano per la sintesi del syngas è più economica rispetto all'utilizzo del vapore, ma ci sono stati problemi con i catalizzatori utilizzati per questo processo. Catalizzatori di metalli nobili, come rodio e platino, sono migliori e funzionano a temperature inferiori rispetto ai catalizzatori di metalli di base, come cobalto e nichel, ma sono anche più costosi. I catalizzatori di metalli di base più economici richiedono temperature superiori a 800 °C, superando l'intervallo di temperatura per i reattori industriali in acciaio inossidabile. Sono inoltre disattivati ​​durante la reazione per riossidazione e accumulo di coke, un sottoprodotto del processo, rendendoli costosi a lungo termine.

Professore assistente Hirokazu Kobayashi, Professor Atsushi Fukuoka, e il borsista post-dottorato Yuhui Hou, lavorando nell'Istituto per la catalisi dell'Università di Hokkaido, è riuscito a preparare un catalizzatore che combina le proprietà di entrambi i metalli nobili e di base. Il loro catalizzatore supera le sfide affrontate da studi precedenti nell'aggiungere una quantità abbastanza piccola di metallo nobile al catalizzatore di metallo di base che può ancora funzionare a temperature più basse.

Nello studio pubblicato su Chimica delle comunicazioni, il team ha generato con successo minuscole particelle del metallo di base cobalto disperdendole su un deposito minerale chiamato zeolite. Hanno quindi aggiunto una piccola quantità di atomi di rodio di metallo nobile sulle particelle di cobalto.

Il nuovo, catalizzatore combinato ha convertito con successo l'86% del metano in syngas a 650 °C mantenendo la sua attività per almeno 50 ore. La reazione ossida il cobalto ad ossido di cobalto, che è quasi inattivo. Ma poiché il rodio è contenuto, il metallo nobile genera atomi di idrogeno da molecole di metano o idrogeno. Gli atomi di idrogeno si riversano sul materiale di supporto, e l'idrogeno traboccante trasforma l'ossido di cobalto in cobalto. Il cobalto può quindi continuare ad agire da catalizzatore. L'elevata dispersione di cobalto su zeolite ha inoltre impedito la formazione di coke durante la reazione.

Il metano ha attirato l'attenzione come fonte di energia pulita in quanto produce solo la metà della quantità di CO2 rispetto al petrolio quando viene bruciato. Inoltre, l'aumento dell'estrazione di gas di scisto ha reso il metano una risorsa più accessibile. "Il nostro catalizzatore può convertire in modo efficiente il metano in syngas a 650 °C, una temperatura molto più bassa rispetto ai metodi convenzionali. Ciò potrebbe portare a un uso più efficiente del metano e contribuire allo sviluppo di una società a basse emissioni di carbonio, " dice Hirokazu Kobayashi.