Cientistas deram um enorme passo para uma economia circular de carbono ao desenvolver um catalisador duradouro e econômico que recicla os gases de efeito estufa em ingredientes que podem ser usados em combustíveis, gás hidrogênio e outros produtos químicos. Os resultados podem ser revolucionários no esforço para reverter o aquecimento global, de acordo com os pesquisadores. O estudo foi publicado em 14 de fevereiro na revista Science.
“Nós nos propusemos a desenvolver um catalisador eficaz que possa converter grandes quantidades de dióxido de carbono 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 na KAIST.
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O catalisador, feito de níquel, magnésio e molibdênio, baratos e abundantes, inicia e acelera a taxa de reação que converte dióxido de carbono e metano em gás hidrogênio. Ele pode funcionar eficientemente por mais de um mês.
Essa conversão é chamada de “reforma a seco”, onde gases nocivos, como o dióxido de carbono, são processados para produzir produtos químicos mais úteis que poderiam ser refinados para uso em combustíveis, plásticos ou mesmo em produtos farmacêuticos. É um processo eficaz, mas anteriormente exigia metais raros e caros como a platina e o ródio para induzir uma reação química breve e ineficiente.
Outros pesquisadores haviam proposto anteriormente o níquel como uma solução mais econômica, mas os subprodutos de carbono se acumulariam e as nanopartículas de superfície se uniriam no metal mais barato, alterando fundamentalmente a composição e a geometria do catalisador e tornando-o inútil.
“A dificuldade surge da falta de controle de dezenas de locais ativos sobre as superfícies volumosas dos catalisadores porque qualquer procedimento de refinamento tentou também mudar a natureza do próprio catalisador”, disse Yavuz.
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Os pesquisadores produziram nanopartículas de níquel-molibdênio sob um ambiente redutor, na presença de um único óxido de magnésio cristalino. Como os ingredientes eram aquecidos sob gás reativo, as nanopartículas se movimentavam sobre a superfície cristalina intacta 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 um acúmulo de carbono, nem as partículas de superfície se ligarão umas às outras.
“Levamos quase um ano para entender o mecanismo subjacente”, disse Youngdong Song, um estudante de pós-graduação do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da KAIST e um dos autores do estudo. “Depois de estudarmos todos os eventos químicos em detalhe, ficamos chocados.”
Os pesquisadores apelidaram os nanocatalisadores catalíticos de Bordas de Cristal Únicas (NOSCE). A nanoporo 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, o que permite reações uniformes e previsíveis.
“Nosso estudo resolve uma série de desafios que a comunidade catalítica enfrenta”, disse Yavuz. “Acreditamos que o mecanismo NOSCE irá melhorar outras reações catalíticas ineficientes e proporcionar ainda mais economia nas emissões de gases de efeito estufa”.
O artigo que descreve o novo catalizador foi publicado na revista Science, clique aqui para acessá-lo.
Por Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST)
