Gli scienziati hanno compiuto un passo importante verso un'economia circolare del carbonio sviluppando un sistema di lunga durata, catalizzatore economico che ricicla i gas serra in ingredienti che possono essere utilizzati nel carburante, idrogeno gassoso, e altri prodotti chimici. I risultati potrebbero essere rivoluzionari nello sforzo di invertire il riscaldamento globale, secondo i ricercatori. Lo studio è stato pubblicato il 14 febbraio in Scienza .

"Abbiamo deciso di sviluppare un catalizzatore efficace in grado di convertire grandi quantità di gas serra anidride carbonica e metano senza guasti, " ha detto Cafer T. Yavuz, autore di articoli e professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare e di chimica al KAIST.

Il catalizzatore, fatto di nichel economico e abbondante, magnesio, e molibdeno, avvia e accelera la velocità di reazione che converte l'anidride carbonica e il metano in gas idrogeno. Può funzionare in modo efficiente per più di un mese.

Questa conversione è chiamata "riforma a secco, "dove i gas nocivi, come l'anidride carbonica, vengono elaborati per produrre sostanze chimiche più utili che potrebbero essere raffinate per l'uso in carburante, plastica, o anche farmaceutici. È un processo efficace, ma in precedenza richiedevano metalli rari e costosi come il platino e il rodio per indurre una reazione chimica breve e inefficiente.

Altri ricercatori avevano precedentemente proposto il nichel come soluzione più economica, ma i sottoprodotti di carbonio si accumulerebbero e le nanoparticelle di superficie si legherebbero insieme al metallo più economico, modificando radicalmente la composizione e la geometria del catalizzatore e rendendolo inutilizzabile.

"La difficoltà nasce dalla mancanza di controllo su decine di siti attivi sulle superfici ingombranti dei catalizzatori perché qualsiasi procedura di raffinamento tentata cambia anche la natura del catalizzatore stesso, " Ha detto Yavuz.

I ricercatori hanno prodotto nanoparticelle di nichel-molibdeno in un ambiente riduttivo in presenza di un singolo ossido di magnesio cristallino. Poiché gli ingredienti sono stati riscaldati sotto gas reattivo, le nanoparticelle si muovevano sulla superficie cristallina incontaminata alla ricerca di punti di ancoraggio. Il catalizzatore attivato risultante ha sigillato i propri siti attivi ad alta energia e fissato in modo permanente la posizione delle nanoparticelle, il che significa che il catalizzatore a base di nichel non avrà un accumulo di carbonio, né le particelle superficiali si legheranno l'una all'altra.

"Ci è voluto quasi un anno per capire il meccanismo sottostante, " ha detto il primo autore Youngdong Song, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare del KAIST. "Una volta studiati in dettaglio tutti gli eventi chimici, siamo rimasti scioccati".

I ricercatori hanno soprannominato il catalizzatore Nanocatalysts on Single Crystal Edges (NOSCE). La nanopolvere di ossido di magnesio deriva da una forma finemente strutturata di ossido di magnesio, dove le molecole si legano continuamente al bordo. Non ci sono rotture o difetti sulla superficie, consentendo reazioni uniformi e prevedibili.

"Il nostro studio risolve una serie di sfide che la comunità dei catalizzatori deve affrontare, " Yavuz ha detto. "Riteniamo che il meccanismo NOSCE migliorerà altre reazioni catalitiche inefficienti e fornirà ulteriori risparmi sulle emissioni di gas serra".