Nonostante il crescente interesse, le tecnologie di riutilizzo della CO₂ per la produzione di combustibili mediante processi elettrochimici e fotoelettrochimici (PEC) sono ancora lontane da una possibile applicazione commerciale. In questi anni Sotacarbo ha sviluppato competenze nella caratterizzazione sperimentale di materiali elettrodici in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Chimica e dei Materiali (DIMCM) dell’Università di Cagliari, principale partner scientifico.

Il processo consiste nella conversione diretta dell’anidride carbonica (mediante reazione con idrogeno da fonti rinnovabili) in combustibili o composti chimici (a seconda delle condizioni di processo). A differenza dei processi convenzionali, basati su processi di conversione catalitica, il processo di riduzione PEC avviene all’interno di una cella elettrochimica, con parte dell’energia di attivazione necessaria per l’avanzamento delle reazioni fornita direttamente dalla luce solare. Obiettivo principale dello studio è l’approfondimento delle conoscenze sulle tecnologie di riduzione fotoelettrochimica dell’anidride carbonica, selezionando le configurazioni di elettrodo più opportune sui quali siano massimizzate la resa e la selettività verso i prodotti desiderati. Nello specifico, è stato progettato un reattore elettrochimico con una configurazione chiamata “photoanode-driven photoelectrochemical system”, in cui si ha la riduzione della CO₂ al catodo e l’evoluzione di ossigeno al fotoanodo. Per quest’ultimo è stato studiato il comportamento di strutture nanotubolari di biossido di titanio sintetizzate in laboratorio e successivamente accoppiate con ossido di tungsteno depositato elettrochimicamente. Il processo al catodo è stato invece studiato utilizzando differenti elettrodi quali il diamante drogato al boro (BDD). Lo studio dei processi e la comprensione del meccanismo di reazione risultano essere piuttosto complicati, soprattutto per quanto riguarda la selettività del processo verso i prodotti di interesse. Nel frattempo, è stato allestito, presso il Centro ricerche Sotacarbo, un nuovo laboratorio di elettrochimica in cui, oltre al reattore fotoelettrochimico (PEC) e al simulatore solare, sono state installate tutta una serie di apparecchiature che consentono di monitorare il processo.

I margini di ottimizzazione del processo sono ancora molto ampi e sono in corso alcuni contatti preliminari con partner internazionali per possibili collaborazioni.

Per ricavare informazioni sul processo, sono state adottate diverse tecniche elettrochimiche, sia in corrente continua che alternata. In particolare, sono state eseguite voltammetria ciclica, voltammetria sweep lineare e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Sulla base dei risultati sperimentali, è stato implementato un modello matematico del processo, al fine di quantificare l’effetto dei parametri operativi sulla reazione e sui suoi prodotti. I risultati consentiranno di ottimizzare sia la configurazione della cella che i valori potenziali o correnti applicati.

Il futuro dell’attività prevede un ulteriore sviluppo dei processi e la realizzazione di un laboratorio specifico dedicato alla produzione, per via elettrochimica, di idrogeno da fonti energetiche rinnovabili.