Un sottile film di ossicarburi metallici su supporto di ossido facilita la reazione tra CO 2 e metano (CH4) per produrre idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO). Credito:Alexey Kurlov, Evgenia Deeva / ETH Zurigo
I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un catalizzatore che converte la CO 2 e metano in modo efficiente in gas di sintesi, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio. Questo potrebbe potenzialmente aiutare a produrre combustibili e materie plastiche sostenibili
Oggi, quasi tutti i combustibili, combustibili e materie plastiche si basano su fonti di carbonio fossile, come l'olio, gas naturale e carbone. È in corso in tutto il mondo la ricerca di modi per sostituire gli idrocarburi fossili con alternative sostenibili. Un approccio è la sintesi di composti organici dalle materie prime dannose per il clima metano (CH4) e CO 2 .
In un primo passo, i due gas serra devono reagire tra loro attraverso l'apporto di energia. Ciò si traduce in una miscela gassosa di idrogeno ricco di energia (H2) e monossido di carbonio (CO), noto come gas di sintesi.
Un team di ricerca guidato dal professore dell'ETH Christoph Müller e dallo scienziato senior Alexey Fedorov ha ora sviluppato un catalizzatore innovativo che facilita la conversione di CO 2 e CH4 nel gas di sintesi in modo molto più efficiente rispetto ai precedenti materiali catalitici.
Il gas di sintesi è un importante materiale di partenza per l'industria chimica. Può essere ulteriormente trasformato in combustibile liquido sintetico o in metanolo, che a sua volta funge da sostanza chimica di base nella produzione di materie plastiche.
Altamente attivo e stabile
Il nuovo catalizzatore è costituito da ossicarburi metallici estremamente sottili, o più precisamente dal film più fine di ossicarburi metallici, solo pochi strati atomici spessi, stabilizzato su supporto di ossido. La reazione chimica tra CO 2 e metano per formare gas di sintesi avviene su questi strati sottili.
Questi ossicarburi metallici planari sono circa 1, 000 volte più attivo come catalizzatore rispetto ai loro predecessori, carburi metallici con struttura tridimensionale (carburi "sfusi"). Inoltre, i nuovi catalizzatori sono estremamente stabili.
"I catalizzatori convenzionali a base di carburi metallici hanno lo svantaggio di ossidarsi in presenza di CO 2 , e perdono di conseguenza la loro attività, " spiega Müller, Professore di Scienze e Ingegneria Energetica presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Processo. I nuovi ossicarburi metallici non hanno questo svantaggio.
Chiusura del ciclo del carbonio
La reazione catalitica tra CO 2 e metano per produrre gas di sintesi è un passo importante verso la produzione di combustibili sostenibili e prodotti chimici di base. Dal momento che CO 2 può essere prelevato dall'atmosfera e solo il metano proviene da risorse fossili vecchie di milioni di anni, tali combustibili sintetici e prodotti chimici possono avere un'impronta di carbonio inferiore rispetto ai combustibili fossili.
C'è ancora molta strada da fare, prima che i risultati si applichino su scala industriale. "Speriamo che il nostro nuovo catalizzatore diventi un'opzione interessante per la produzione di gas di sintesi, "dice Fedorov, ricercatore associato nel gruppo di Müller e coautore dello studio.
Secondo i ricercatori, il nuovo catalizzatore di reazione potrebbe essere utilizzato in particolare per sostituire costosi catalizzatori di metalli preziosi, come quelli a base di rutenio. Però, grazie alle loro proprietà catalitiche, film atomicamente sottili di ossicarburi metallici hanno anche il potenziale per aprire una vasta gamma di nuove applicazioni.
