Le travail, décrit le mois dernier dans Nature Communications , pourrait avoir un impact sur de nombreuses industries, notamment la production de gaz naturel et de pétrole brut, l'élevage, la mise en décharge et l'extraction de charbon, où le méthane est un sous-produit.

"Le méthane a la possibilité d'avoir un impact plus immédiat sur la réduction des émissions liées au réchauffement climatique. Nous travaillons sur une solution rentable pour transformer ce sous-produit industriel en biens de valeur, tels que des matières premières chimiques", déclare l'auteur principal Mark T. Swihart, professeur émérite SUNY et directeur du département de génie chimique et biologique de la faculté d'ingénierie et des sciences appliquées de l'UB.

Swihart, également professeur d'innovation SUNY Empire et membre du corps professoral de l'Institut RENEW de l'UB, a ajouté que la technologie a des applications plus larges dans les semi-conducteurs, la biotechnologie, l'électrochimie et d'autres domaines nécessitant des matériaux nouveaux et améliorés.

Shuo Liu, titulaire d'un doctorat. candidat dans le laboratoire de Swihart, est le premier auteur de l'étude. Les co-auteurs incluent Jeffery J. Urban, Ph.D., Chaochao Dun, Ph.D., Jinghua Guo, Ph.D., tous membres du Laboratoire national Lawrence Berkeley; Feipeng Yang, Ph.D., qui était à Berkeley pendant les expériences mais qui travaille maintenant au Brookhaven National Laboratory; Qike Jiang de l'Université Westlake en Chine ; et Zhengxi Xuan, Ph.D. UB. étudiant.

La capture du méthane est en retard par rapport à la capture du carbone

Le méthane est le deuxième gaz à effet de serre le plus abondant et le principal composant du gaz naturel. Il ne dure que quelques décennies dans l'atmosphère terrestre, contre des siècles pour le dioxyde de carbone, mais le méthane emprisonne 80 fois plus de chaleur.

Pendant des décennies, les scientifiques ont lutté pour développer des moyens peu coûteux de convertir le méthane en produits utiles sans produire de dioxyde de carbone.

Une solution possible est le reformage à sec, un processus industriel capable de convertir à la fois le méthane et le dioxyde de carbone en matières premières chimiques, qui sont des matières premières que les fabricants peuvent utiliser pour créer ou transformer d'autres produits.

Mais le reformage à sec du méthane n'est pas commercialement viable car les catalyseurs à base de nickel existants cessent de fonctionner lorsque leurs particules catalytiquement actives se couvrent de dépôts de carbone (cokéfaction) ou se combinent en particules plus grosses et moins actives (frittage). La plupart des catalyseurs nécessitent également des procédures de production complexes.

L'équipe utilise un réacteur à flamme unique

Pour surmonter ces problèmes, l'équipe a utilisé un réacteur à flamme unique développé dans le laboratoire de Swihart, qui crée des catalyseurs en une seule étape. Ce processus basé sur les aérosols a permis aux scientifiques d'explorer différents catalyseurs à base de nickel, qui sont dans ce cas de minuscules particules sphériques appelées nanocoquilles.

"La principale avancée réside dans la méthode de synthèse des aérosols par flamme", explique Liu. "Cela nous permet de surmonter les limitations traditionnelles et de créer des matériaux autrement inaccessibles dotés de propriétés nouvelles."

La méthode a produit ses catalyseurs les plus performants par ce que l'équipe de recherche appelle un processus « d'exosolution encapsulée », dans lequel des nanoparticules de nickel se sont formées dans les pores d'une coque en oxyde d'aluminium plutôt qu'à sa surface. Ce phénomène aide à construire un matériau plus stable qui, à son tour, crée un catalyseur plus durable.

Lors d'expériences, l'équipe a rapporté qu'au cours de 640 heures à 800°C, les catalyseurs restaient efficaces en convertissant 96 % du méthane et du dioxyde de carbone en produits souhaités. Selon l'équipe, les résultats surpassent considérablement les performances des catalyseurs conventionnels.

La méthode de production suggère une voie à suivre non seulement pour améliorer les catalyseurs, mais aussi pour d’autres domaines dans lesquels de nouveaux matériaux sont nécessaires. Cela comprend l'administration, la détection et la détection de médicaments, le stockage et la conversion d'énergie, ainsi que les revêtements et les modificateurs de surface, explique Swihart.