Investigadores de las universidades de Cádiz, Pensilvania (EEUU) y Trieste (Italia) han rodeado un núcleo de paladio con partículas de oxido de cerio para formar un material que cataliza la combustión de metano –el componente principal del gas natural– de una forma mucho más limpia y eficiente que hasta ahora. El avance se publica esta semana en la revista Science.
Un equipo internacional, con participación de científicos de la Universidad de Cádiz (UCA), ha sintetizado una ‘jaula’ con entre 10 y 12 partículas de óxido de cerio para encapsular otras de paladio. La alta porosidad de las unidades resultantes permite que el metano y el oxígeno puedan acceder fácilmente al paladio, la ‘fase activa’ del catalizador de la combustión de un gas de gran interés: el metano.
Esta innovadora configuración, montada sobre un soporte modificado de óxido de aluminio, aumenta la actividad y la estabilidad del catalizador a alta temperatura. Como el metano es el componente principal del gas natural y, a la vez, un gas de efecto invernadero, el hallazgo permite simultáneamente incrementar la eficiencia en la producción de energía con metano y, al eliminarlo, reducir sus emisiones al medio ambiente.
Una 'nano-jaula' de menos de 10 nm
"El conjunto del paladio en el núcleo y la 'jaula' no supera los 10 nanómetros", explica a SINC Juan José Delgado, coordinador de esta investigación en la UCA, donde han visualizado los materiales mediante microscopía electrónica de transmisión: "Los ojos que han permitido ver la estructura de estos catalizadores".
El estudio se publica en el último número de la revista Science y lo han desarrollado miembros del departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica de esta universidad, junto a investigadores de las universidades de Pensilvania (EEUU) y Trieste (Italia).
“Utilizar la energía contenida en los enlaces químicos del metano es una necesidad”, señalan los científicos gaditanos, que recuerdan que el petróleo se está agotando mientras que el gas natural está emergiendo como una solución a medio plazo debido a existencia de reservas “relativamente abundantes”.
“La puesta en práctica de procesos más eficaces a menor temperatura -el siguiente paso, sin bajar la productividad- y que reduzcan las emisiones de sustancias nocivas tiene sin lugar a duda un alto interés económico”, comenta Delgado.
El metano es un gas invernadero mucho más dañino que el CO2, con un efecto 20 veces mayor. Su uso extensivo, por ejemplo, en la calefacción de nuestros hogares, se lleva a cabo habitualmente mediante combustión a altas temperaturas (800-1000 °C). Un proceso similar se utiliza también en las turbinas de gas que se usan habitualmente en la producción de energía.
Los procesos de combustión causan la emisión de compuestos tóxicos como los óxidos de nitrógeno, relacionados con la lluvia ácida, o el monóxido de carbono y otros productos de la combustión incompleta de metano que, además, contribuyen al efecto invernadero.
Aún así, el metano se puede considerar como el ‘más limpio’ entre los hidrocarburos, ya que su estructura simple (un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno) permite reducir al mínimo las emisiones de CO2 por gramo de combustible. Esta morfología le dota de una gran estabilidad química, con enlaces muy difíciles de romper, una condición necesaria para poder utilizar la energía contenida en la molécula.
Referencia bibliográfica:
M. Cargnello, J. J. Delgado Jaén, J. C. Hernández Garrido, K. Bakhmutsky, T. Montini, J. J. Calvino Gámez, R. J. Gorte, P. Fornasiero. “Exceptional Activity for Methane Combustion over Modular Pd@CeO2 Subunits on Functionalized Al2O3”. Science 337, 10 de agosto de 2012.
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