Un diagramma che mostra come viene creato il nuovo catalizzatore a base di nichel utilizzando l'esclusivo processo di aerosol a fiamma creato nel laboratorio di Mark Swihart. Credito:Università di Buffalo
Un sottoprodotto delle discariche, dell'allevamento, dell'estrazione del carbone e di altre attività umane, le emissioni di metano sono uno dei fattori chiave del cambiamento climatico.
Eppure per decenni gli scienziati hanno lottato per sviluppare modi economici per utilizzare il metano, che è il componente principale del gas naturale, senza produrre anche anidride carbonica, il gas serra più abbondante nell'atmosfera terrestre.
Tra le possibili soluzioni c'è il dry reforming, un processo che ha il potenziale per convertire sia il metano che l'anidride carbonica in materie prime chimiche, che sono materie prime che possono essere utilizzate per fabbricare o elaborare altri prodotti.
Tuttavia, affinché il reforming a secco diventi commercialmente redditizio, sono necessari catalizzatori nuovi e migliorati.
In due studi condotti dall'Università di Buffalo pubblicati a giugno, uno su Chem Catalysis , l'altro in Angewandte Chemie —i ricercatori segnalano un nuovo metodo di produzione per la creazione di catalizzatori a base di nichel che potrebbero superare sfide di lunga data.
"Per raggiungere gli obiettivi dell'accordo di Parigi, per raggiungere la neutralità del carbonio, dobbiamo attuare molte modifiche sia alla generazione di energia che alla produzione di materie prime chimiche", afferma l'autore principale dello studio Mark Swihart, Ph.D., SUNY Distinguished Professor e presidente del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica della UB School of Engineering and Applied Sciences.
Shuo Liu, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Swihart, è il primo autore degli studi.
I coautori con legami UB includono Satyarit Rao, Mihir Shah, Jilun Wei, Kaiwen Chen e Zhengxi Xuan; così come Eleni A. Kyriakidou, Ph.D., assistente professore di ingegneria chimica e biologica presso UB, e Junjie Chen, Ph.D., borsista post-dottorato presso la Stanford University che ha conseguito un dottorato di ricerca. nel laboratorio di Kyriakidou.
Altri coautori includono Jeffery J. Urban, Ph.D., direttore della Inorganic Nanostructures Facility presso la Molecular Foundry del Lawrence Berkeley National Lab, e Chaochao Dun, Ph.D., ricercatore post-dottorato presso il laboratorio di Urban.
Swihart spiega che il reforming a secco del metano non è commercialmente praticabile utilizzando i catalizzatori esistenti a base di nichel, che smettono di funzionare perché le loro particelle cataliticamente attive si ricoprono di depositi di carbonio (coking) o si combinano in particelle più grandi e meno attive (sinterizzazione). I catalizzatori più promettenti richiedono anche procedure di produzione complesse.
Per rimediare a questo problema, il team di ricerca ha sviluppato un processo aerosol in una fase per fabbricare catalizzatori a basso costo e ad alte prestazioni. Il processo si basa su un reattore a fiamma unico sviluppato nel laboratorio di Swihart.
Il team ha impiegato il reattore per creare minuscole particelle sferiche chiamate nanoshell che resistono sia alla coke che alla sinterizzazione.
Nella catalisi chimica studio, il team ha riferito che, nel corso di 500 ore, i catalizzatori sono rimasti efficaci, convertendo il 98% del metano in gas sintetico, o syngas, che è una miscela di idrogeno e monossido di carbonio che può essere successivamente utilizzata per produrre una varietà di prodotti chimici.
In un secondo studio, il team ha utilizzato il reattore per produrre un nuovo materiale di silice mesoporosa che ha una superficie che supera i 1.000 metri quadrati per grammo. Il team ha anche creato un metodo per depositare nichel o altre nanoparticelle all'interno del processo di silice mesoporosa noto come deposizione in situ.
Come riportato in Angewandte Chemie , il catalizzatore di silice mesoporosa ha convertito il 97% del metano per oltre 200 ore.
Questo progresso, afferma Swihart, fornisce un percorso non solo per migliorare i catalizzatori per il reforming a secco del metano, ma per molte altre reazioni vantaggiose dal punto di vista ambientale ed economico. + Esplora ulteriormente
