Catalizzatore per gas di sintesi sostenibile
I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un catalizzatore in grado di convertire la CO2 e metano in modo efficiente in gas di sintesi, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio. Questo potrebbe essere utilizzato in futuro per produrre carburanti e plastiche sostenibili.
Oggi, quasi tutti i carburanti, i combustibili e le materie plastiche sono basati su fonti di carbonio fossile come il petrolio greggio, il gas naturale o il carbone. In tutto il mondo si stanno cercando modi per sostituire gli idrocarburi fossili con alternative sostenibili. Un approccio è la nuova sintesi di composti organici a partire da materie prime dannose per il clima, come il metano (CH).4) e CO2.
In una prima fase, i due gas serra devono reagire tra loro utilizzando energia. Si ottiene così una miscela gassosa di idrogeno ricco di energia (H2) e monossido di carbonio (CO), noto come gas di sintesi.
Un team di ricerca guidato dal professor Christoph Müller e dal Senior Scientist Alexey Fedorov dell'ETH ha sviluppato un nuovo tipo di catalizzatore che consente la conversione di CO2 e CH4 in gas di sintesi in modo più efficiente rispetto ai precedenti materiali catalizzatori.
Il gas di sintesi è un importante materiale di partenza per l'industria chimica: può essere ulteriormente trasformato in combustibili liquidi sintetici o se ne può ricavare metanolo, che a sua volta serve come sostanza chimica di base per la produzione di materie plastiche.
Altamente attivo e stabile
Il nuovo catalizzatore è costituito da carburi di ossido metallico sottilissimi. Più precisamente: film finissimi di carburi metallici, spessi solo pochi strati atomici, stabilizzati su un supporto di ossido. La reazione chimica di CO2 e metano in gas di sintesi. I carburi metallici piatti mostrano un'attività catalitica mille volte superiore rispetto ai loro predecessori, carburi metallici con struttura spaziale (i cosiddetti carburi bulk). I nuovi catalizzatori si dimostrano anche estremamente stabili.
"I catalizzatori convenzionali basati sui carburi metallici hanno la sfavorevole proprietà di non essere neutrali al carbonio in presenza di CO2 ossidano e quindi perdono le loro proprietà reattive", spiega Christoph Müller, professore di Scienza e Tecnologia dell'Energia presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e dei processi. I nuovi carburi di ossidi metallici non presentano questo inconveniente.
Chiudere il ciclo del carbonio
La reazione catalitica della CO2 e metano a gas di sintesi è un passo importante verso la produzione di carburanti e prodotti chimici di base rispettosi del clima. Poiché la CO2 Il gas di sintesi è un gas che può essere estratto dall'atmosfera e solo il metano proviene da depositi fossili vecchi di milioni di anni; tali carburanti e prodotti chimici sintetici avrebbero un'impronta di carbonio inferiore a quella dei combustibili fossili.
Tuttavia, la strada per l'applicazione industriale è ancora lunga. "Speriamo che il nostro nuovo materiale catalizzatore diventi un'opzione interessante per la produzione di gas di sintesi", afferma Alexey Fedorov, personale scientifico del gruppo di Müller e coautore dello studio.
Secondo i ricercatori, il nuovo acceleratore di reazione potrebbe sostituire i costosi catalizzatori di metalli preziosi, come quelli a base di rutenio. Tuttavia, grazie alle loro proprietà catalitiche, i carburi ultrasottili di ossido metallico hanno anche il potenziale per aprire applicazioni completamente nuove.
Letteratura di riferimento
Kurlov A, Deeva E, Abdala P, Lebedev D, Tsoukalou A, Comas-Vives A, Fedorov A, Müller C: Sfruttare la morfologia bidimensionale dell'ossicarburo di molibdeno per consentire un efficiente reforming catalitico a secco del metano. Nature Communications 11, 4920 (2020). doi: pagina esterna10.1038/s41467-020-18721-0