Um subproduto de aterros sanitários, pecuária, mineração de carvão e outras atividades humanas, as emissões de metano são um dos principais impulsionadores das mudanças climáticas.
No entanto, há décadas os cientistas lutam para desenvolver maneiras baratas de utilizar o metano – que é o principal componente do gás natural – sem também produzir dióxido de carbono, o gás de efeito estufa mais abundante na atmosfera da Terra.

Entre as soluções possíveis está a reforma a seco, processo que tem o potencial de converter metano e dióxido de carbono em matérias-primas químicas, que são matérias-primas que podem ser utilizadas para fabricar ou processar outros produtos.

No entanto, para que a reforma a seco se torne comercialmente viável, são necessários catalisadores novos e melhorados.

Em dois estudos liderados pela Universidade de Buffalo publicados em junho – um em Chem Catalysis , o outro em Angewandte Chemie — pesquisadores relatam um novo método de produção para a criação de catalisadores à base de níquel que pode superar desafios de longa data.

"Para cumprir os objetivos do Acordo de Paris, para alcançar a neutralidade de carbono, devemos implementar muitas mudanças tanto na geração de energia quanto na produção de matérias-primas químicas", diz o principal autor dos estudos, Mark Swihart, Ph.D., SUNY Distinguished Professor and Chair do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB.

Shuo Liu, Ph.D. candidato no laboratório de Swihart, é o primeiro autor dos estudos.

Os coautores com vínculos com a UB incluem Satyarit Rao, Mihir Shah, Jilun Wei, Kaiwen Chen e Zhengxi Xuan; bem como Eleni A. Kyriakidou, Ph.D., professor assistente de engenharia química e biológica na UB, e Junjie Chen, Ph.D., um bolsista de pós-doutorado na Universidade de Stanford que recebeu um Ph.D. no laboratório de Kyriakidou.

Outros co-autores incluem Jeffery J. Urban, Ph.D., diretor do Inorganic Nanostructures Facility na Molecular Foundry do Lawrence Berkeley National Lab, e Chaochao Dun, Ph.D., um estudioso de pós-doutorado no laboratório de Urban.

Swihart explica que a reforma a seco do metano não é comercialmente viável usando catalisadores à base de níquel existentes, que param de funcionar porque suas partículas cataliticamente ativas ficam cobertas com depósitos de carbono (coqueificação) ou se combinam em partículas maiores e menos ativas (sinterização). Os catalisadores mais promissores também requerem procedimentos de produção complexos.

Para remediar esse problema, a equipe de pesquisa desenvolveu um processo de aerossol de uma etapa para fabricar catalisadores de baixo custo e alto desempenho. O processo é baseado em um reator de chama exclusivo desenvolvido no laboratório de Swihart.

A equipe empregou o reator para criar pequenas partículas esféricas chamadas nanoshells que resistem tanto à coqueificação quanto à sinterização.

Na catálise química No estudo, a equipe relatou que, ao longo de 500 horas, os catalisadores permaneceram eficazes, convertendo 98% do metano em gás sintético, ou syngas, que é uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono que pode posteriormente ser usada para produzir uma variedade de produtos químicos.

Em um segundo estudo, a equipe usou o reator para produzir um novo material de sílica mesoporosa que tem uma área de superfície superior a 1.000 metros quadrados por grama. A equipe também criou um método para depositar níquel ou outras nanopartículas dentro da sílica mesoporosa – processo conhecido como deposição in-situ.

Conforme relatado em Angewandte Chemie , o catalisador de sílica mesoporosa converteu 97% de metano por mais de 200 horas.

Esse avanço, diz Swihart, fornece um caminho não apenas para catalisadores aprimorados para reforma a seco de metano, mas para muitas outras reações ambiental e economicamente benéficas. + Explorar mais

Novo catalisador transforma gases de efeito estufa em gás hidrogênio