Un nuevo catalizador económico y duradero es capaz de reciclar los gases de efecto invernadero en ingredientes que pueden usarse en combustible, gas de hidrógeno y otros productos químicos.

Los resultados podrían ser revolucionarios en el esfuerzo por revertir el calentamiento global, según los investigadores. El estudio ha sido publicado en Science.

"Nos propusimos desarrollar un catalizador efectivo que pueda convertir grandes cantidades de gases de efecto invernadero, dióxido de carbono y metano sin fallas", dijo Cafer T. Yavuz, autor del artículo y profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de química en KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology).

El catalizador, hecho de níquel, magnesio y molibdeno económicos y abundantes, inicia y acelera la velocidad de reacción que convierte el dióxido de carbono y el metano en gas hidrógeno. Puede funcionar eficientemente por más de un mes.

Esta conversión se denomina "reformado en seco", donde los gases nocivos, como el dióxido de carbono, se procesan para producir productos químicos más útiles que podrían refinarse para su uso en combustibles, plásticos o incluso productos farmacéuticos. Es un proceso efectivo, pero anteriormente requería metales raros y caros como el platino y el rodio para inducir una reacción química breve e ineficiente.

Otros investigadores habían propuesto previamente el níquel como una solución más económica, pero los subproductos de carbono se acumularían y las nanopartículas superficiales se unirían en el metal más barato, cambiando fundamentalmente la composición y la geometría del catalizador e inutilizándolo.

"La dificultad surge de la falta de control sobre los puntajes de los sitios activos sobre las superficies de catalizadores voluminosos porque cualquier procedimiento de refinamiento que se intente también cambia la naturaleza del catalizador en sí", dijo Yavuz.

Los investigadores produjeron nanopartículas de níquel-molibdeno en un entorno reductor en presencia de un solo óxido de magnesio cristalino. A medida que los ingredientes se calentaban con gas reactivo, las nanopartículas se movían sobre la superficie cristalina en busca de puntos de anclaje. El catalizador activado resultante selló sus propios sitios activos de alta energía y fijó permanentemente la ubicación de las nanopartículas, lo que significa que el catalizador a base de níquel no tendrá una acumulación de carbono, ni las partículas de la superficie se unirán entre sí.

"Nos tomó casi un año comprender el mecanismo subyacente", dijo el primer autor Youngdong Song, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de KAIST. "Una vez que estudiamos todos los eventos químicos en detalle, nos sorprendió".

Los investigadores denominaron el catalizador Nanocatalysts on Single Crystal Edges (NOSCE). El nanopolvo de óxido de magnesio proviene de una forma finamente estructurada de óxido de magnesio, donde las moléculas se unen continuamente al borde. No hay roturas ni defectos en la superficie, lo que permite reacciones uniformes y predecibles.

"Nuestro estudio resuelve una serie de desafíos que enfrenta la comunidad de catalizadores", dijo Yavuz. "Creemos que el mecanismo NOSCE mejorará otras reacciones catalíticas ineficientes y proporcionará ahorros aún mayores de emisiones de gases de efecto invernadero".