Il metano è abbondante ed è una fonte di energia a basso costo, ma è anche inerte, il che significa che è difficile rompere i suoi forti legami chimici per convertirlo in altre molecole. Per superare questa sfida, gli scienziati hanno studiato l’uso di catalizzatori, materiali che accelerano le reazioni chimiche senza consumarsi nel processo.
Il team della TUM, guidato dal professor Johannes Lercher, ha utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali e computazionali per studiare come il metano interagisce con un catalizzatore modello costituito da nanoparticelle di rodio supportate su una superficie di ossido di ceria. Hanno scoperto che la chiave per attivare il metano sul catalizzatore era creare specifici “punti caldi”, dove le molecole di metano potevano entrare in stretto contatto con i siti attivi sulla superficie del catalizzatore e reagire.
I ricercatori hanno ottenuto questo risultato controllando la dimensione e la distribuzione delle nanoparticelle di rodio e modificando le proprietà superficiali del supporto di ossido di ceria. Hanno scoperto che creando una disposizione altamente dispersa di piccole nanoparticelle di rodio sulla superficie dell'ossido di ceria e modificando la struttura elettronica del catalizzatore, potrebbero migliorare significativamente l'attività catalitica per la conversione del metano.
Lo studio fornisce importanti informazioni sulla progettazione e l'ottimizzazione dei catalizzatori per l'attivazione e la conversione del metano e potrebbe avere implicazioni per lo sviluppo di processi più efficienti e rispettosi dell'ambiente per l'utilizzo del gas naturale.
Il metano rappresenta circa il 10% del consumo energetico globale ed è utilizzato principalmente per il riscaldamento e la produzione di energia. Tuttavia, il metano può anche essere convertito in una varietà di prodotti preziosi, come idrogeno, metanolo ed etilene, che vengono utilizzati nella produzione di carburanti, plastica e altri prodotti chimici.
La sfida nella conversione del metano risiede nella sua elevata forza di legame, che rende difficile la rottura delle molecole. Ciò richiede temperature elevate o l’uso di catalizzatori, materiali che accelerano le reazioni chimiche senza consumarsi nel processo.
Il team della TUM si è concentrato sullo sviluppo di un catalizzatore in grado di attivare il metano a temperature relativamente basse, rendendo il processo più efficiente dal punto di vista energetico. Hanno utilizzato un catalizzatore modello composto da nanoparticelle di rodio supportate su una superficie di ossido di ceria.
Controllando attentamente la dimensione e la distribuzione delle nanoparticelle di rodio, nonché le proprietà elettroniche della superficie del catalizzatore, i ricercatori sono stati in grado di creare specifici "punti caldi" sul catalizzatore dove le molecole di metano potrebbero reagire efficacemente.
Lo studio dimostra l’importanza di una progettazione e ingegneria precisa del catalizzatore per sfruttare appieno il potenziale del metano come materia prima versatile per la produzione di carburanti e prodotti chimici.
