Reciclaje de gases de efecto invernadero Los nuevos catalizadores de perovskita podrían utilizarse cuando se produzcan simultáneamente metano y dióxido de carbono-
Universidad Tecnológica de Viena Florian Schrenk (izquierda) y Christoph Rameshan. CREDIT: TU WIEN El CO2 y el metano pueden convertirse en productos valiosos. Pero hasta ahora los catalizadores necesarios para estas reacciones pierden rápidamente su eficacia.
La TU Wien ha desarrollado ahora alternativas más estables.
Siempre que no se pueda evitar la producción de gases de efecto invernadero nocivos, habrá que convertirlos en algo útil: este enfoque se denomina "captura y utilización de carbono". Para ello se necesitan catalizadores especiales. Hasta ahora, sin embargo, el problema era que en estos catalizadores se formaba rápidamente una capa de carbono -lo que se denomina "coquización"- y el catalizador perdía su efecto. En la Universidad Técnica de Viena se adoptó un nuevo enfoque: se produjeron diminutas nanopartículas metálicas en cristales de perovskita mediante un tratamiento previo especial. La interacción entre la superficie del cristal y las nanopartículas garantiza que la reacción química deseada se produzca sin el temido efecto de coquización. Reformado en seco Los gases de efecto invernadero se convierten en gas de síntesis El dióxido de carbono (C02) y el metano son los dos gases de efecto invernadero de origen humano que más contribuyen al cambio climático. Ambos gases suelen aparecer combinados, por ejemplo, en las plantas de biogás.
"El llamado reformado en seco del metano es un método que puede utilizarse para convertir ambos gases en gas de síntesis útil al mismo tiempo", explica el profesor Christoph Rameshan, del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Técnica de Viena. "El metano y el dióxido de carbono se convierten en hidrógeno y monóxido de carbono, y luego es relativamente fácil producir otros hidrocarburos a partir de ellos, hasta llegar a los biocombustibles". El gran problema es la estabilidad de los catalizadores, "Los catalizadores metálicos que se han utilizado hasta ahora para este proceso tienden a producir diminutos nanotubos de carbono", explica Florian Schrenk, que actualmente trabaja en su tesis en el equipo de Rameshan. Estos nanotubos se depositan como una película negra en la superficie del catalizador y lo bloquean. Los cristales de perovskita son la clave del éxito
Se llama también perovskita a un grupo más general de cristales que presentan la misma estructura. La fórmula química básica sigue el patrón ABO3, donde A y B son cationes de diferentes tamaños (por ejemplo, LaMnO3). A es un catión grande y puede ser un alcalino, alcalinotérreo o lantánido, y B es un catión de tamaño medio con preferencia por la coordinación octaédrica, normalmente un metal de transición.
La estructura perovskita se puede considerar relacionada con la del trióxido de renio, ReO3, donde las vacantes ordenadas -25%- del empaquetamiento compacto de oxígenos son ocupadas por el catión más voluminoso, A. La estructura perovskita es adoptada por muchos solidos inorgánicos con estequiometría ABX3. No siempre son óxidos metálicos mixtos; en la elpasolita (K2NaAlF6) tenemos el ejemplo de una familia de fluoruros importantes; la criolita (Na3AlF6) está relacionada con ella. Formada bajo las condiciones de alta presión del manto de la Tierra; la forsterita olivino (MgSiO3) es un isomorfo; la perovskita puede ser el mineral más abundante de la Tierra.
Estructura de la perovskita. Las esferas rojas son átomos de oxígeno, las de azul oscuro son los pequeños cationes del metal B, y las verdes son los cationes metálicos A más voluminosos
El equipo de la TU Wien ha creado ahora un catalizador con propiedades fundamentalmente diferentes: "Utilizamos perovskitas, que son cristales que contienen oxígeno y que pueden doparse con diversos átomos de metal", explica Christoph Rameshan. "Se puede insertar níquel o cobalto, por ejemplo, en la perovskita, metales que también se han utilizado antes en catálisis". Un pre-tratamiento especial del cristal con hidrógeno a unos 600 °C permite que los átomos de níquel o cobalto migren a la superficie y formen allí nanopartículas. El tamaño de las nanopartículas es crucial: Se ha logrado el éxito con nanopartículas con un diámetro de 30 a 50 nanómetros. La reacción química deseada se produce entonces en estos diminutos granos, pero al mismo tiempo el oxígeno contenido en la perovskita impide la formación de nanotubos de carbono. "Pudimos demostrar en nuestros experimento, que si se elige el tamaño adecuado de las nanopartículas, no se crea ninguna película de carbono, la coquización deja de ser un peligro", afirma Florian Schrenk. "Además, las nanopartículas son estables, la estructura del catalizador no cambia, se puede utilizar permanentemente". Una pieza importante para la biorrefinería del futuro Los novedosos catalizadores de perovskita podrían utilizarse en cualquier lugar en el que se produzcan simultáneamente metano y dióxido de carbono, lo que suele ocurrir cuando se trata de sustancias biológicas, por ejemplo en las plantas de biogás. Dependiendo de la temperatura de reacción seleccionada, se puede influir en la composición del gas de síntesis resultante. De este modo, el procesamiento posterior de los gases de efecto invernadero perjudiciales para el clima en productos valiosos podría convertirse en un elemento importante para una economía circular sostenible.
Gráfico
Asentamiento in situ
Nanoparticulas resistentes a la coquización altamente activas en la superficie.
Martin Eduardo Lucione https://facebook.com/Ecoalfabetizacion https://issuu.com/martinlucione Extraído Eurekalert VIENNA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Asentamiento por pre-tratamiento reductivo
Nanoparticulas resistentes a la coquización altamente activas en la superficie.
