El metano en el gas de esquisto se puede convertir en combustibles de hidrocarburos utilizando un innovador catalizador de aleación de platino y cobre, según una nueva investigación dirigida por UCL (University College London) y Tufts University.

Se sabe que el platino o el níquel rompen los enlaces carbono-hidrógeno en el metano que se encuentra en el gas de esquisto para producir combustibles de hidrocarburos y otras sustancias químicas útiles. Sin embargo, este proceso causa "coquización":el metal se recubre con una capa de carbono que lo vuelve ineficaz al bloquear las reacciones en la superficie.

El nuevo catalizador de aleación es resistente a la coquización, por lo que conserva su actividad y requiere menos energía para romper los enlaces que otros materiales.

En la actualidad, Los procesos de reforma del metano son extremadamente intensos en energía, requiriendo temperaturas de alrededor de 900 grados Celsius. Este nuevo material podría reducir esto a 400 grados Celsius, ahorrar energía.

El estudio, publicado hoy en Química de la naturaleza , demuestra los beneficios de la nueva aleación altamente diluida de platino en cobre, una aleación de un solo átomo, para fabricar productos químicos útiles a partir de pequeños hidrocarburos.

Se utilizó una combinación de ciencia de superficies y experimentos de catálisis y potentes técnicas informáticas para investigar el rendimiento de la aleación. Estos mostraron que el platino rompe los enlaces carbono-hidrógeno, y el cobre ayuda a acoplar moléculas de hidrocarburos de diferentes tamaños, allanando el camino hacia la conversión a combustibles.

Coautor principal del estudio, Profesor Michail Stamatakis (Ingeniería Química UCL), dijo:"Usamos supercomputadoras para modelar cómo ocurre la reacción:la ruptura y formación de enlaces en moléculas pequeñas en la superficie de la aleación catalítica, y también para predecir su desempeño a gran escala. Para esto, necesitábamos acceso a cientos de procesadores para simular miles de reacciones ".

Mientras que los investigadores de UCL rastrearon la reacción usando computadoras, Los químicos e ingenieros químicos de Tufts realizaron experimentos de ciencia de superficie y micro-reactores para demostrar la viabilidad del nuevo catalizador (átomos de platino dispersos en una superficie de cobre) en un entorno práctico. Descubrieron que la aleación de un solo átomo era muy estable y solo requería una pequeña cantidad de platino para funcionar.

Líder del estudio, El profesor Charles Sykes del Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts, dijo:"Ver para creer, y nuestro microscopio de barrido de túnel nos permitió visualizar cómo los átomos de platino individuales estaban dispuestos en el cobre. Dado que el platino cuesta más de $ 1, 000 una onza, versus cobre a 15 centavos, se puede lograr un ahorro de costes significativo ".

Juntos, El equipo muestra que se necesita menos energía para que la aleación ayude a romper los enlaces entre los átomos de carbono e hidrógeno en el metano y el butano. y que la aleación sea resistente a la coquización, abriendo nuevas aplicaciones para el material.

Coautor principal del estudio, La distinguida profesora Maria Flytzani-Stephanopoulos del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts, dijo:"Si bien los catalizadores modelo en los experimentos de ciencia de superficie son esenciales para seguir la estructura y la reactividad a escala atómica, es emocionante extender este conocimiento a catalizadores de nanopartículas realistas de composiciones similares y probarlos en condiciones prácticas, destinado a desarrollar el catalizador para el siguiente paso:la aplicación industrial ".

El equipo ahora planea desarrollar más catalizadores que sean igualmente resistentes a la coquización que afecta a los metales tradicionalmente utilizados en este y otros procesos químicos.