Ovunque la produzione di gas serra nocivi non possa essere prevenuta, dovrebbe essere convertita in qualcosa di utile:questo approccio è chiamato "cattura e utilizzo del carbonio". Per questo sono necessari catalizzatori speciali. Finora, tuttavia, il problema era che su questi catalizzatori si formava rapidamente uno strato di carbonio - questo è chiamato "coking" - e il catalizzatore perde il suo effetto.

Alla TU Wien è stato adottato un nuovo approccio:minuscole nanoparticelle metalliche sono state prodotte su cristalli di perovskite attraverso uno speciale pretrattamento. L'interazione tra la superficie del cristallo e le nanoparticelle assicura quindi che la reazione chimica desiderata avvenga senza il temuto effetto coke. I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro in Applied Catalysis B:Environmental .

Reforming a secco:i gas serra diventano gas di sintesi

Anidride carbonica (CO₂ ) e il metano sono i due gas serra di origine umana che contribuiscono maggiormente al cambiamento climatico. Entrambi i gas sono spesso presenti in combinazione, ad esempio negli impianti di biogas.

"Il cosiddetto metano dry reforming è un metodo che può essere utilizzato per convertire contemporaneamente entrambi i gas in utili gas di sintesi", afferma il prof. Christoph Rameshan dell'Istituto di chimica dei materiali della TU Wien. "Il metano e l'anidride carbonica vengono trasformati in idrogeno e monossido di carbonio, ed è quindi relativamente facile produrne altri idrocarburi, fino ai biocarburanti".

Il grosso problema qui è la stabilità dei catalizzatori:"I catalizzatori metallici che sono stati utilizzati finora per questo processo tendono a produrre minuscoli nanotubi di carbonio", spiega Florian Schrenk, che sta attualmente lavorando alla sua tesi nel team di Rameshan. Questi nanotubi si depositano come una pellicola nera sulla superficie del catalizzatore e lo bloccano.

I cristalli di perovskite come chiave del successo

Il team di TU Wien ha ora creato un catalizzatore con proprietà fondamentalmente diverse:"Utilizziamo perovskiti, che sono cristalli contenenti ossigeno, che possono essere drogati con vari atomi di metallo", afferma Christoph Rameshan. "Puoi inserire nichel o cobalto, ad esempio, nella perovskite, metalli che sono stati utilizzati anche nella catalisi in precedenza."

Uno speciale pretrattamento del cristallo con idrogeno a circa 600 °C consente agli atomi di nichel o cobalto di migrare in superficie e di formare nanoparticelle. La dimensione delle nanoparticelle è fondamentale:il successo è stato ottenuto con nanoparticelle con un diametro compreso tra 30 e 50 nanometri. Su questi minuscoli granelli avviene quindi la reazione chimica desiderata, ma allo stesso tempo l'ossigeno contenuto nella perovskite impedisce la formazione di nanotubi di carbonio.

"Siamo stati in grado di dimostrare nei nostri esperimenti:se si sceglie la giusta dimensione delle nanoparticelle, non viene creato alcun film di carbonio:la coke non è più un pericolo", afferma Florian Schrenk. "Inoltre, le nanoparticelle sono stabili, la struttura del catalizzatore non cambia, può essere utilizzato in modo permanente."

I nuovi catalizzatori di perovskite potrebbero essere utilizzati ovunque si producano metano e anidride carbonica contemporaneamente, questo è spesso il caso quando si tratta di sostanze biologiche, ad esempio negli impianti di biogas. A seconda della temperatura di reazione selezionata, si può influenzare la composizione del gas di sintesi risultante. In questo modo, l'ulteriore trasformazione dei gas serra dannosi per il clima in prodotti di valore potrebbe diventare un elemento fondamentale per un'economia circolare sostenibile. + Esplora ulteriormente

Nuovo catalizzatore per ridurre le emissioni di anidride carbonica