Een bijproduct van storten, veeteelt, mijnbouw en andere menselijke activiteiten, methaanemissies zijn een van de belangrijkste aanjagers van klimaatverandering.

Maar decennialang hebben wetenschappers geworsteld om goedkope manieren te ontwikkelen om methaan te gebruiken - het belangrijkste bestanddeel van aardgas - zonder ook kooldioxide te produceren, het meest voorkomende broeikasgas in de atmosfeer van de aarde.

Een van de mogelijke oplossingen is dry reforming, een proces dat het potentieel heeft om zowel methaan als koolstofdioxide om te zetten in chemische grondstoffen, grondstoffen die kunnen worden gebruikt om andere producten te vervaardigen of te verwerken.

Om droog reformeren echter commercieel levensvatbaar te maken, zijn nieuwe en verbeterde katalysatoren nodig.

In twee door de Universiteit van Buffalo geleide onderzoeken die in juni zijn gepubliceerd - één in Chem Catalysis , de andere in Angewandte Chemie —onderzoekers melden een nieuwe productiemethode voor het maken van op nikkel gebaseerde katalysatoren die langdurige uitdagingen kan overwinnen.

"Om de doelstellingen van de Overeenkomst van Parijs te halen en koolstofneutraliteit te bereiken, moeten we veel veranderingen doorvoeren in zowel de opwekking van energie als de productie van chemische grondstoffen", zegt hoofdauteur Mark Swihart, Ph.D., SUNY Distinguished Professor en voorzitter van de studies. van de afdeling Chemische en Biologische Technologie van de UB School of Engineering and Applied Sciences.

Shuo Liu, een Ph.D. kandidaat in het lab van Swihart, is de eerste auteur van de studies.

Co-auteurs met UB-banden zijn Satyarit Rao, Mihir Shah, Jilun Wei, Kaiwen Chen en Zhengxi Xuan; evenals Eleni A. Kyriakidou, Ph.D., assistent-professor chemische en biologische technologie aan de UB, en Junjie Chen, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker aan de Stanford University die een Ph.D. in het laboratorium van Kyriakidou.

Andere co-auteurs zijn Jeffery J. Urban, Ph.D., directeur van de Inorganic Nanostructures Facility bij de Molecular Foundry van het Lawrence Berkeley National Lab, en Chaochao Dun, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker bij Urban's lab.

Swihart legt uit dat droge reforming van methaan niet commercieel haalbaar is met behulp van bestaande op nikkel gebaseerde katalysatoren, die niet meer werken omdat hun katalytisch actieve deeltjes bedekt raken met koolstofafzettingen (cokesvorming) of zich combineren tot grotere, minder actieve deeltjes (sinteren). De meest veelbelovende katalysatoren vereisen ook complexe productieprocedures.

Om dit probleem te verhelpen, ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​eenstaps aërosolproces om goedkope en hoogwaardige katalysatoren te fabriceren. Het proces is gebaseerd op een unieke vlamreactor die is ontwikkeld in het laboratorium van Swihart.

Het team gebruikte de reactor om minuscule bolvormige deeltjes te maken, nanoschillen genaamd, die bestand zijn tegen zowel cokesvorming als sinteren.

In de Chem Catalysis studie meldde het team dat de katalysatoren in de loop van 500 uur effectief bleven, waarbij 98% van het methaan werd omgezet in synthetisch gas, of syngas, een mengsel van waterstof en koolmonoxide dat vervolgens kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan chemische producten.

In een tweede onderzoek gebruikte het team de reactor om een ​​nieuw mesoporeus silicamateriaal te produceren met een oppervlakte van meer dan 1.000 vierkante meter per gram. Het team heeft ook een methode ontwikkeld om nikkel of andere nanodeeltjes af te zetten in het mesoporeuze silica-proces dat bekend staat als in-situ depositie.

Zoals gemeld in Angewandte Chemie , de mesoporeuze silicakatalysator zette 97% methaan gedurende meer dan 200 uur om.

Deze vooruitgang, zegt Swihart, biedt niet alleen een weg naar verbeterde katalysatoren voor droge reforming van methaan, maar ook voor vele andere milieuvriendelijke en economisch gunstige reacties. + Verder verkennen

Nieuwe katalysator zet broeikasgassen om in waterstofgas