Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Buffalo está desarrollando nuevos catalizadores cuyo objetivo es convertir las emisiones de metano que calientan el clima en productos comerciales útiles.
El trabajo, descrito el mes pasado en Nature Communications , podría afectar a numerosas industrias, incluidas la producción de gas natural y petróleo crudo, la ganadería, los vertederos y la minería del carbón, donde el metano es un subproducto.
"El metano ofrece una oportunidad de lograr un impacto más inmediato en la reducción de las emisiones que calientan el clima. Estamos trabajando en una solución rentable para convertir este subproducto industrial en bienes valiosos, como materias primas químicas", dice el autor principal, Mark. T. Swihart, Profesor Distinguido de SUNY y presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB.
Swihart, también profesor de Innovación SUNY Empire y miembro del cuerpo docente del Instituto RENEW de la UB, agregó que la tecnología tiene aplicaciones más amplias en semiconductores, biotecnología, electroquímica y otros campos que necesitan materiales nuevos y mejorados.
Shuo Liu, Ph.D. candidato en el laboratorio de Swihart, es el primer autor del estudio. Los coautores incluyen a Jeffery J. Urban, Ph.D., Chaochao Dun, Ph.D., Jinghua Guo, Ph.D., todos miembros del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Feipeng Yang, Ph.D., que estuvo en Berkeley durante los experimentos pero ahora trabaja en el Laboratorio Nacional Brookhaven; Qike Jiang de la Universidad Westlake en China; y Zhengxi Xuan, Ph.D. de la UB. estudiante.
La captura de metano va por detrás de la captura de carbono
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más abundante y el principal componente del gas natural. Dura solo unas pocas décadas en la atmósfera de la Tierra en comparación con siglos para el dióxido de carbono, pero el metano atrapa 80 veces más calor.
Durante décadas, los científicos han luchado por desarrollar formas económicas de convertir el metano en productos útiles sin producir dióxido de carbono.
Una posible solución es el reformado en seco, un proceso industrial que puede convertir tanto el metano como el dióxido de carbono en materias primas químicas, que son materias primas que los fabricantes pueden utilizar para crear o procesar otros productos.
Pero el reformado en seco de metano no es comercialmente viable porque los catalizadores existentes a base de níquel dejan de funcionar cuando sus partículas catalíticamente activas se cubren con depósitos de carbono (coquización) o se combinan en partículas más grandes y menos activas (sinterización). La mayoría de los catalizadores también requieren procedimientos de producción complejos.
Para superar estos problemas, el equipo utilizó un reactor de llama único desarrollado en el laboratorio de Swihart que crea catalizadores en un solo paso. Este proceso basado en aerosoles permitió a los científicos explorar diferentes catalizadores basados en níquel, que en este caso son pequeñas partículas esféricas llamadas nanocáscaras.
"El avance clave es el método de síntesis de aerosoles con llama", dice Liu. "Nos permite superar las limitaciones tradicionales y crear materiales que de otro modo serían inaccesibles con propiedades novedosas".
El método produjo sus catalizadores de mayor rendimiento mediante lo que el equipo de investigación llama un proceso de "exosolución encapsulada", en el que las nanopartículas de níquel se formaron dentro de los poros de una capa de óxido de aluminio en lugar de en su superficie. Este fenómeno ayuda a construir un material más estable que, a su vez, crea un catalizador más duradero.
En los experimentos, el equipo informó que, en el transcurso de 640 horas a 800°C, los catalizadores siguieron siendo efectivos al convertir el 96% del metano y el dióxido de carbono en los productos deseados. Los resultados, afirma el equipo, superan drásticamente a los catalizadores convencionales.
El método de producción sugiere un camino a seguir no sólo para mejorar los catalizadores, sino también para otros campos en los que se necesitan nuevos materiales. Esto incluye la administración, detección y detección de fármacos, almacenamiento y conversión de energía, y recubrimientos y modificadores de superficies, afirma Swihart.
Más información: Shuo Liu et al, Termodinámica desafiante:combinación de elementos inmiscibles en una nanocerámica monofásica, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45413-w
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Buffalo
