Novo catalisador recicla gases de efeito estufa em combustível e gás hidrogênio
Os cientistas deram um grande passo em direção a uma economia circular de carbono, desenvolvendo um catalisador econômico duradouro que recicla gases de efeito estufa em ingredientes que podem ser usados em combustível, gás hidrogênio e outros produtos químicos. Os resultados podem ser revolucionários no esforço de reverter o aquecimento global, segundo os pesquisadores. O estudo foi publicado em 14 de fevereiro na Science .
"Pretendemos desenvolver um catalisador eficaz que possa converter grandes quantidades de gás carbônico e metano dos gases de efeito estufa sem falhas", disse Cafer T. Yavuz, autor do artigo e professor associado de engenharia química e biomolecular e de química da KAIST.
O catalisador, feito de níquel, magnésio e molibdênio abundante e barato, inicia e acelera a taxa de reação que converte dióxido de carbono e metano em gás hidrogênio. Pode funcionar eficientemente por mais de um mês.
Essa conversão é chamada de "reforma seca", onde gases nocivos, como dióxido de carbono, são processados para produzir produtos químicos mais úteis que podem ser refinados para uso em combustíveis, plásticos ou até produtos farmacêuticos. É um processo eficaz, mas anteriormente exigia metais raros e caros, como platina e ródio, para induzir uma reação química breve e ineficiente.
Outros pesquisadores já haviam proposto o níquel como uma solução mais econômica, mas os subprodutos de carbono se acumulavam e as nanopartículas de superfície se ligavam ao metal mais barato, alterando fundamentalmente a composição e a geometria do catalisador e tornando-o inútil.
"A dificuldade surge da falta de controle em dezenas de locais ativos sobre as superfícies volumosas dos catalisadores, porque qualquer procedimento de refinamento tentado também altera a natureza do próprio catalisador", disse Yavuz.
Os pesquisadores produziram nanopartículas de níquel-molibdênio em um ambiente redutor na presença de um único óxido de magnésio cristalino. À medida que os ingredientes eram aquecidos sob gás reativo, as nanopartículas se moviam na superfície cristalina em busca de pontos de ancoragem. O catalisador ativado resultante selou seus próprios locais ativos de alta energia e fixou permanentemente a localização das nanopartículas - o que significa que o catalisador à base de níquel não terá acúmulo de carbono, nem as partículas da superfície se ligam umas às outras.
"Levamos quase um ano para entender o mecanismo subjacente", disse o primeiro autor Youngdong Song, um estudante de graduação do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular do KAIST. "Depois que estudamos todos os eventos químicos em detalhes, ficamos chocados".
Os pesquisadores apelidaram o catalisador Nanocatalisadores nas bordas de cristal único (NOSCE). O nanopowder de óxido de magnésio vem de uma forma finamente estruturada de óxido de magnésio, onde as moléculas se ligam continuamente à borda. Não há quebras ou defeitos na superfície, permitindo reações uniformes e previsíveis.
"Nosso estudo resolve uma série de desafios que a comunidade catalisadora enfrenta", disse Yavuz. "Acreditamos que o mecanismo NOSCE melhorará outras reações catalíticas ineficientes e proporcionará ainda mais economia nas emissões de gases de efeito estufa".
Este trabalho foi apoiado, em parte, pelo Centro de Gerenciamento de CO2 Saudi-Aramco-KAIST e pela National Research Foundation of Korea.
Outros colaboradores incluem Ercan Ozdemir, Sreerangappa Ramesh, Aldiar Adishev e Saravanan Subramanian, todos afiliados à Escola de Pós-Graduação em Energia, Meio Ambiente, Água e Sustentabilidade do KAIST; Aadesh Harale, Mohammed Albuali, Bandar Abdullah Fadhel e Aqil Jamal, todos com o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento na Arábia Saudita; e Dohyun Moon e Sun Hee Choi, ambos com o Laboratório de Aceleradores de Pohang na Coréia. Ozdemir também é afiliado ao Instituto de Nanotecnologia da Universidade Técnica Gebze, na Turquia; Fadhel e Jamal também são afiliados ao Centro de Gerenciamento de CO2 Saudi-Armco-KAIST na Coréia.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST) . Nota: O conteúdo pode ser editado por estilo e duração.
Referência da revista :
- Youngdong Song, Ercan Ozdemir, Sreerangappa Ramesh, Aldiar Adishev, Saravanan Subramanian, Aadesh Harale, Mohammed Albuali, Bandar Abdullah Fadhel, Aqil Jamal, Dohyun Moon, Sun Hee Choi, Cafer T. Yavuz. Reforma a seco de metano por nanocatalisadores estáveis de Ni-Mo em MgO monocristalino . Ciência , 2020; 367 (6479): 777 DOI: 10.1126 / science.aav2412
- Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST). "Novo catalisador recicla gases de efeito estufa em combustível e gás hidrogênio". ScienceDaily. ScienceDaily, 18 de fevereiro de 2020.
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