Ormai considerate come fondamentale contributo nella Transizione Energetica, le tecnologie di Carbon Capture and Utilization (CCU) rappresentano un approccio essenziale alla mitigazione dei cambiamenti climatici contribuendo alla riduzione delle emissioni di CO₂. Insieme alle continue scoperte di nuovi catalizzatori per la conversione della CO₂ a combustibili green (metanolo in primis), queste tecnologie hanno aperto la strada a nuovi ed interessanti materiali e processi. Ne danno esempio la moltitudine di pubblicazioni scientifiche che dal punto di vista sperimentale studiano questi nuovi sistemi.

Tuttavia, sta diventando sempre più forte la consapevolezza che per rappresentare in maniera realistica la struttura di un sistema molecolare e per poterne calcolare in maniera accurata alcune delle sue proprietà, tale struttura deve poter contare di un modello reattivo completo ed esauriente per una migliore comprensione del sistema e per l’ottimizzazione del processo. 

Le tecniche computazionali di dinamica molecolare hanno proprio questo come loro obiettivo principale; ed è proprio su questo terreno che si è basata l’intera ricerca portata avanti congiuntamente da Sotacarbo e dalla più prestigiosa Università Indiana, l’Indian Institute of Technology Madras (IITM). I risultati, molto promettenti, sono stati appena pubblicati dall'autorevole rivista scientifica internazionale “Applied Catalysis B: Environmental”, rivista classificata nelle top 5 a livello mondiale sugli studi catalitici, con un articolo intitolato “Unravelling the Role of Metal‑Metal Oxide Interfaces of Cu/ZnO/ZrO2/Al2O3 Catalyst for Methanol Synthesis from CO2: Insights from Experiments and DFT-based Microkinetic Modeling” (autori: Balaji C Dharmalingam, Ajay Koushik V, Mauro Mureddu, Luciano Atzori, Sarah Lai, Alberto Pettinau, Niket S Kaisare, Preeti Aghalayam, Jithin John Varghese).

“L’attività di ricerca ha riguardato la modellazione microcinetica basata sull'intensa campagna sperimentale condotta da Sotacarbo su catalizzatori multicomponente, sviluppati in proprio per la produzione di metanolo a partire da CO₂ e condotta nell’impianto da banco dei nostri laboratori", dice Alberto Pettinau, responsabile Ricerca e Sviluppo di Sotacarbo. “Questo studio è il frutto di diversi anni di lavoro grazie al prezioso contributo del gruppo di ricerca coordinato dalla Prof.ssa Preeti Aghalayam (Chemical Engineering, National Center for Catalysis Research (NCCR) and National Center for Combustion R&D (NCCRD) dove sono stati svelati – grazie a dei potenti studi di simulazione computazionale e di Density Functional Theory, ovvero la teoria quantistica microscopica per lo studio di sistemi a molti elettroni – la natura dei siti attivi del catalizzatore preparato", aggiunge Mauro Mureddu, ricercatore Sotacarbo e co-autore del lavoro.

Questo studio rivelatorio – attraverso un approccio denominato nel gergo scientifico di “mean-field multi‑site reactor-scale microkinetic model”, che già il nome ne annuncia la sua complessità – ha permesso di elucidare circa il ruolo dei componenti individuali del catalizzatore e dell’evoluzione del meccanismo di formazione del metanolo all’interno del reattore. Sarà perciò d’aiuto nel progettare catalizzatori sempre più performanti e fornirà supporto ai fini dell’ottimizzazione delle condizioni operative di reazione. In previsione futura, le informazioni acquisite permetteranno l’identificazione di strategie per l’ottimizzazione e il design di nuovi reattori a livello industriale.

Grazie al supporto della Regione Autonoma della Sardegna, che ha finanziato parte del lavoro attraverso il progetto “Advanced Sustainable technologies for Energy Transition, ASSET” project (CUP D43C22002400002), Sotacarbo continua a contribuire allo sviluppo di soluzioni industriali essenziali per il progresso sociale pienamente coerenti con le strategie europee e nazionali per la lotta ai cambiamenti climatici. MM