Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos! |
 |
Cerdanyola del Vallès, 29 de gener 2024 L'augment exponencial de la demanda i el consum de combustibles fòssils ha provocat un increment dels nivells de concentració de diòxid de carboni (CO2) a l'atmosfera fins a arribar als 420 ppm (parts per milió) l'any 2022. Aquest fet té greus conseqüències en l'escalfament global i la contaminació ambiental del planeta. S’han desenvolupat diferents alternatives tecnològiques per fer una transició factible i gradual de combustibles basats en carboni a combustibles renovables. Durant els darrers anys, la tecnologia de captura i utilització de CO2 ha estat considerada com una de les estratègies més prometedores, ja que es pot considerar neutre en carboni, contribueix a mitigar les fluctuacions de les energies renovables i redueix significativament els costos de processament en comparació als sistemes de captació i emmagatzematge de CO2. Una de les opcions de captura i utilització més viables i sostenibles és la valorització del CO2 en forma de metà (CH4), ja que la reacció no requereix aportació de calor addicional i el gas natural sintètic produït es pot emmagatzemar i transportar a través de la infraestructura de gas natural existent.
La conversió del diòxid de carboni en metà té lloc en afegir hidrogen, produint com a resultat metà i aigua (CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O). La recerca de catalitzadors actius i selectius és essencial per accelerar la cinètica de la reacció i poder avançar cap a aplicacions industrials.
S'han desenvolupat formulacions diverses derivades de perovskites com a precursors de catalitzadors eficients per a la reacció del CO2 a metà. Tanmateix, només s'han dut a terme estudis mecànics preliminars sobre aquests nous materials.
Ara, científics de la Universitat del País Basc (UPV/EHU), la Universitat d’Alacant i la l’estació experimental NAPP de la línia de llum CIRCE del Sincrotró ALBA han mostrat un esquema complet del mecanisme de conversió del CO2 en metà sobre un catalitzador derivat del sistema 10% LaNiO3/CeO2, altament actiu, selectiu i estable. Ho han fet combinant per primer cop dues tècniques. La primera, espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X a pressió propera a l’ambiental (NAP-XPS) amb radiació de sincrotró a la línia de llum NAPP-CIRCE. La segona, anàlisis in situ amb espectroscòpia d'infrarojos per transformada de Fourier (FTIR). L’equip científic ha revelat en l’article publicat a Applied Catalysis B: Environmental que aquest catalitzador té una gran estabilitat i realitza una elevada conversió de CO2 a metà.
El paper i la naturalesa de diferents llocs actius del catalitzador es van explorar mitjançant experiments de NAP-XPS. La branca NAPP de la línia de llum CIRCE va permetre als investigadors monitoritzar la reacció química del metà, determinar la composició de la fase gasosa durant tot l'experiment i controlar la pressió i la temperatura a la cambra d'anàlisi.
Les mostres de catalitzador i la barreja dels reactius de la reacció CO2 i H2 van ser introduïdes a la cambra d'anàlisi, on s’hi van fer diferents processos de refrigeració i escalfament, en funció del protocol experimental definit per als investigadors. Llavors, es van registrar espectres a cada temperatura en intervals de 50 °C.
Els experiments realitzats a CIRCE confirmen que després de la reacció es formen nanopartícules Ni0 així com Ni2+–CeO2−x/Ni2+–La2O3. Per altra banda, l’equip ha identificat els intermediaris clau de la reacció mitjançant els anàlisis FTIR in situ que es van realitzar als laboratoris del grup TQSA de la UPV/EHU. El formiat actua com a principal intermediari de la reacció, ja que s'hidrogenen ràpidament a metà.
Els coneixements sobre el mecanisme de la reacció que s’han obtingut en aquesta investigació poden ser de gran ajuda per desenvolupar un model cinètic que pugui predir amb precisió el comportament catalític d'aquest nou catalitzador per a la conversió de CO2 en metà en condicions industrialment rellevants. També per a dissenyar noves formulacions amb activitat, selectivitat i estabilitat millorades. En definitiva, aquesta informació és essencial per seguir ampliant aquest procés.
Referència: Jon A. Onrubia-Calvo, Sergio López-Rodríguez, Ignacio J. Villar-García, Virginia Pérez-Dieste, Agustín Bueno-López, Juan R. González-Velasco. Molecular elucidation of CO2 methanation over a highly active, selective and stable LaNiO3/CeO2-derived catalyst by in situ FTIR and NAP-XPS. Applied Catalysis B: Environmental. Volume 342, 2024, 123367. ISSN 0926-3373. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123367.
