Το μεθάνιο του σχιστολιθικού αερίου μπορεί να μετατρέπει σε καύσιμα υδρογονάνθρακα χρησιμοποιώντας έναν καινοτόμο καταλύτη πλατίνας και κράματος χαλκού, σύμφωνα με την νέα έρευνα των Πανεπιστημίων UCL και Tufts. Επικεφαλής της έρευνας είναι διακεκριμένοι Έλληνες επιστήμονες από το Λονδίνο και τις ΗΠΑ.

Η πλατίνα ή το νικέλιο είναι γνωστό ότι διασπούν τους χημικούς δεσμούς άνθρακα-υδρογόνου στο μεθάνιο, το οποίο υπάρχει στο σχιστολιθικό αέριο, για να δημιουργηθούν καύσιμα υδρογονανθράκων και άλλα χρήσιμα χημικά. Όμως, αυτή η διαδικασία προκαλεί τη λεγόμενη οπτανθρακοποίηση, δηλαδή το μέταλλο σταδιακά καλύπτεται από ένα στρώμα άνθρακα, με αποτέλεσμα να είναι αδύνατη πλέον η χημική διαδικασία της κατάλυσης πάνω στην επιφάνεια του μετάλλου.

Το πρωτοποριακό κράμα του νέου καταλύτη είναι ανθεκτικό στην οπτανθρακοποίηση, συνεπώς διατηρεί την αποτελεσματικότητά του και απαιτεί λιγότερη ενέργεια για να διασπάσει τους χημικούς δεσμούς από ότι χρειάζονται άλλα υλικά. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Chemistry και καταδεικνύει τα οφέλη του νέου, εξαιρετικά αραιωμένου κράματος πλατίνας στον χαλκό – ένα απλό κράμα ατόμων – στην παραγωγή χρήσιμων χημικών ουσιών από μικρούς υδρογονάνθρακες.Ένας συνδυασμός πειραμάτων και ισχυρών υπολογιστικών τεχνικών χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση της απόδοσης του κράματος.  Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο λευκόχρυσος διαλύει τους δεσμούς άνθρακα-υδρογόνου και ο χαλκός βοηθά τα μόρια να συζευχθούν μόρια υδρογονανθράκων διαφορετικών μεγεθών, προετοιμάζοντας το δρόμο για την μετατροπή σε καύσιμα.

Ο επικεφαλής της έρευνας από την πλευρά του UCL και από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης, καθηγητής Μιχαήλ Σταματάκης της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου (UCL) δήλωσε: “Χρησιμοποιήσαμε υπερυπολογιστές για να δούμε πώς συμβαίνει η αντίδραση – το σπάσιμο και η δημιουργία δεσμών σε μικρά μόρια στην επιφάνεια του καταλυτικού κράματος, καθώς και για να προβλέψουμε την απόδοση του σε μεγάλες κλίμακες. Για αυτό, χρειαζόμασταν πρόσβαση σε εκατοντάδες επεξεργαστές για την προσομοίωση χιλιάδων γεγονότων αντίδρασης”.

Ενώ οι ερευνητές του UCL παρακολούθησαν την αντίδραση χρησιμοποιώντας υπολογιστές, οι χημικοί και οι χημικοί μηχανικοί του Tufts έκαναν πειράματα επιφάνειας και πειράματα μικροαντιδραστήρων για να αποδείξουν τη βιωσιμότητα του νέου καταλύτη – άτομα πλατίνας διασκορπισμένα σε μια επιφάνεια χαλκού – σε πρακτικό περιβάλλον. Βρήκαν ότι το μονό κράμα ατόμων ήταν πολύ σταθερό και απαιτούσε μόνο μια μικρή ποσότητα πλατίνας για να δουλέψει.

Μαζί, η ομάδα έδειξε ότι απαιτείται λιγότερη ενέργεια ώστε το κράμα να βοηθήσει στη διάσπαση των δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα και υδρογόνου στο μεθάνιο και το βουτάνιο και ότι το κράμα είναι ανθεκτικό στην οπτανθρακοποίηση, ανοίγοντας νέες εφαρμογές για το υλικό.

Η συγγραφέας της μελέτης και επικεφαλής της έρευνας από το Πανεπιστήμιο Tufts, η διακεκριμένη καθηγήτρια Μαρία Φλυτζάνη-Στεφανοπούλου του Τμήματος Χημικών & Βιολόγων Μηχανικών και διευθύντρια του Εργαστηρίου Νανοκατάλυσης και Ενέργειας του πανεπιστημίου, δήλωσε: “Ενώ οι καταλύτες μοντέλων σε πειράματα επιφανειακής επιστήμης είναι ουσιώδεις για την παρακολούθηση της δομής και της αντιδραστικότητας στην ατομική κλίμακα, είναι συναρπαστικό να επεκταθεί αυτή η γνώση σε ρεαλιστικούς νανοσωματιδιακούς καταλύτες παρόμοιων συνθέσεων και να δοκιμαστούν υπό πρακτικές συνθήκες, με στόχο την ανάπτυξη του καταλύτη για το επόμενο στάδιο, την βιομηχανική εφαρμογή”.

Στη μελέτη συμμετείχε και ο καθηγητής θεωρητικής χημείας, Άγγελος Μιχαηλίδης, του UCL.