Dondequiera que no se pueda prevenir la producción de gases de efecto invernadero dañinos, se deben convertir en algo útil:este enfoque se denomina "captura y utilización del carbono". Para ello se necesitan catalizadores especiales. Sin embargo, hasta ahora, el problema ha sido que se forma rápidamente una capa de carbono sobre estos catalizadores (esto se denomina "coquización") y el catalizador pierde su efecto.

En TU Wien, se adoptó un nuevo enfoque:se produjeron diminutas nanopartículas metálicas en cristales de perovskita mediante un pretratamiento especial. La interacción entre la superficie del cristal y las nanopartículas asegura que la reacción química deseada tenga lugar sin el temido efecto de coquización. Los investigadores han publicado su trabajo en Applied Catalysis B:Environmental .

Reformado en seco:los gases de efecto invernadero se convierten en gas de síntesis

Dióxido de carbono (CO₂ ) y el metano son los dos gases de efecto invernadero producidos por el hombre que más contribuyen al cambio climático. Ambos gases a menudo ocurren en combinación, por ejemplo, en plantas de biogás.

"El llamado reformado en seco de metano es un método que se puede utilizar para convertir ambos gases en gas de síntesis útil al mismo tiempo", dice el profesor Christoph Rameshan del Instituto de Química de Materiales de TU Wien. "El metano y el dióxido de carbono se convierten en hidrógeno y monóxido de carbono, y luego es relativamente fácil producir otros hidrocarburos a partir de ellos, hasta biocombustibles".

El gran problema aquí es la estabilidad de los catalizadores:"Los catalizadores metálicos que se han utilizado para este proceso hasta ahora tienden a producir diminutos nanotubos de carbono", explica Florian Schrenk, quien actualmente está trabajando en su tesis en el equipo de Rameshan. Estos nanotubos se depositan como una película negra en la superficie del catalizador y lo bloquean.

Los cristales de perovskita como clave del éxito

El equipo de TU Wien ahora ha creado un catalizador con propiedades fundamentalmente diferentes:"Usamos perovskitas, que son cristales que contienen oxígeno, que se pueden dopar con varios átomos de metal", dice Christoph Rameshan. "Puedes insertar níquel o cobalto, por ejemplo, en la perovskita, metales que también se han usado antes en catálisis".

Un pretratamiento especial del cristal con hidrógeno a alrededor de 600 °C permite que los átomos de níquel o cobalto migren a la superficie y formen nanopartículas allí. El tamaño de las nanopartículas es crucial:el éxito se ha logrado con nanopartículas con un diámetro de 30 a 50 nanómetros. Entonces tiene lugar la reacción química deseada en estos diminutos granos, pero al mismo tiempo el oxígeno contenido en la perovskita impide la formación de nanotubos de carbono.

"Pudimos demostrar en nuestros experimentos:si elige el tamaño correcto de nanopartículas, no se crea una película de carbono; la coquización ya no es un peligro", dice Florian Schrenk. "Además, las nanopartículas son estables, la estructura del catalizador no cambia, se puede utilizar de forma permanente".

Los nuevos catalizadores de perovskita podrían usarse dondequiera que se produzcan simultáneamente metano y dióxido de carbono; este suele ser el caso cuando se trata de sustancias biológicas, por ejemplo, en plantas de biogás. Dependiendo de la temperatura de reacción seleccionada, se puede influir en la composición del gas de síntesis resultante. De esta manera, el procesamiento posterior de los gases de efecto invernadero que dañan el clima en productos valiosos podría convertirse en un componente importante para una economía circular sostenible. + Explora más

Nuevo catalizador para reducir las emisiones de dióxido de carbono