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(noticias nanowerk) Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Buffalo está desarrollando nuevos catalizadores destinados a convertir las emisiones de metano que calientan el clima en productos comerciales útiles.
El trabajo descrito en comunicación de la naturaleza (“Challenging Thermodynamics: Combining Immiscible Elements in a Single-Phase Nanoceramic”) podría tener implicaciones para numerosas industrias, incluida la producción de gas natural y petróleo crudo, la ganadería, los vertederos y la minería del carbón, que producen metano como subproducto.
“Con el metano, existe la oportunidad de tener 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 precursores químicos”, dice el autor principal Mark T. Swihart, profesor distinguido de SUNY y presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Escuela de Ingeniería de la UB. y Ciencias Aplicadas.
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 requieren materiales nuevos y mejorados.
Shuo Liu, estudiante de posgrado en el laboratorio de Swihart, es el autor principal del estudio.
Los coautores incluyen a Jeffery J. Urban, PhD, Chaochao Dun, PhD, Jinghua Guo, PhD, todos miembros del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Feipeng Yang, PhD, 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, estudiante de doctorado de la UB.
![La imagen muestra nueve cuadrados, cada uno de los cuales contiene nanocáscaras (observadas desde el microscopio). Las nanocáscaras parecen pelotas de tenis con colores únicos](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64942_1.jpg)
La captura de metano va por detrás de la captura de carbono
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más común y el principal componente del gas natural. Sólo se necesitan 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 métodos rentables para 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, materias primas que los fabricantes pueden utilizar para fabricar o procesar otros productos.
Pero el reformado en seco con 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 para formar partículas más grandes y menos activas (sinterización). La mayoría de los catalizadores también requieren procesos de fabricación complejos.
![reactor de llama](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64942_2.jpg)
El equipo utiliza un reactor de llama único.
Para resolver 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 varios 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 más potentes a través de lo que el equipo de investigación llamó un «proceso de exosolución encapsulada», en el que las nanopartículas de níquel se formaban en los poros de una capa de óxido de aluminio en lugar de en su superficie. Este fenómeno ayuda a construir un material más estable, lo que a su vez crea un catalizador más duradero.
En los experimentos, el equipo informó que los catalizadores permanecieron efectivos durante 640 horas a 800 grados Celsius, convirtiendo el 96% del metano y el dióxido de carbono en los productos deseados. El equipo dice que los resultados superan significativamente a los catalizadores tradicionales.
El método de producción ofrece un camino a seguir no sólo hacia catalizadores mejorados, sino también hacia otras áreas donde se necesitan nuevos materiales. Estos incluyen la administración, detección y reconocimiento de fármacos, almacenamiento y conversión de energía, y recubrimientos y modificadores de superficies, dice Swihart.
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