Los científicos han dado un gran paso hacia una economía circular del carbono desarrollando un catalizador duradero y económico que recicla los gases de efecto invernadero en ingredientes que pueden utilizarse en el combustible, el gas de hidrógeno y otros productos químicos. Los resultados podrían ser revolucionarios en el esfuerzo por revertir el calentamiento global, según los investigadores.

“Nos propusimos desarrollar un catalizador efectivo que pueda convertir grandes cantidades de los gases de efecto invernadero dióxido de carbono y metano sin fallar”, dijo Cafer T. Yavuz, autor del artículo y profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de química en el KAIST.

El catalizador, hecho de níquel, magnesio y molibdeno baratos y abundantes, inicia y acelera la velocidad de reacción que convierte el dióxido de carbono y el metano en gas de hidrógeno. Puede funcionar eficientemente durante más de un mes.

Esta conversión se denomina “reformado en seco”, donde los gases nocivos, como el dióxido de carbono, se procesan para producir sustancias químicas más útiles que podrían refinarse para su uso en combustible, plásticos o incluso productos farmacéuticos. Es un proceso eficaz, pero antes requería metales raros y costosos como el platino y el rodio para inducir una reacción química breve e ineficiente.

Otros investigadores habían propuesto anteriormente el níquel como una solución más económica, pero los subproductos del carbono se acumularían y las nanopartículas de la superficie se unirían en el metal más barato, cambiando fundamentalmente la composición y la geometría del catalizador y haciéndolo inútil.

“La dificultad surge de la falta de control en decenas de sitios activos sobre las voluminosas superficies de los catalizadores porque cualquier procedimiento de refinamiento que se intente también cambia la naturaleza del propio catalizador”, dijo Yavuz.

Los investigadores produjeron nanopartículas de níquel-molibdeno en un entorno reductor en presencia de un único óxido de magnesio cristalino. A medida que los ingredientes se calentaban bajo el gas reactivo, las nanopartículas se movían por la prístina superficie cristalina buscando puntos de anclaje. El catalizador activado resultante selló sus propios sitios activos de alta energía y fijó permanentemente la ubicación de las nanopartículas – lo que significa que el catalizador basado en el níquel no tendrá una acumulación de carbono, ni las partículas de la superficie se unirán entre sí.

“Nos llevó casi un año entender el mecanismo subyacente”, dijo el primer autor Youngdong Song, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del KAIST. “Una vez que estudiamos todos los eventos químicos en detalle, quedamos sorprendidos.”

Los investigadores denominaron al catalizador Nanocatalizadores en Bordes de Cristal Único (NOSCE). El nanopolvo de óxido de magnesio proviene de una forma finamente estructurada de óxido de magnesio, donde las moléculas se unen continuamente al borde. No hay roturas o defectos en la superficie, lo que permite reacciones uniformes y predecibles.

“Nuestro estudio resuelve una serie de desafíos que la comunidad de catalizadores enfrenta”, dijo Yavuz. “Creemos que el mecanismo NOSCE mejorará otras reacciones catalíticas ineficientes y proporcionará aún más ahorros de emisiones de gases de efecto invernadero”.

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