Le più recenti normative comunitarie sull'impatto ambientale dell'Automotive rappresentano una grande sfida per la decarbonizzazione delle autovetture e dei furgoni con motore a combustione interna. Secondo il regolamento stabilito dall’Unione Europea, gli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO₂ per nuove autovetture e veicoli commerciali leggeri dovranno essere allineati con gli obiettivi climatici rivisti, ovvero il raggiungimento delle emissioni nette di CO₂, pari ad almeno il 25% entro il 2025 e il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 2021, e al 100% dal 2035.

Partendo da questo framework regolatorio e dagli obiettivi di decarbonizzazione dei trasporti, ridurre le emissioni nel settore della mobilità non passa soltanto attraverso l’elettrificazione ma anche dallo studio di carburanti alternativi e sostenibili che possano rendere più efficienti e puliti gli attuali propulsori endotermici, senza condannarli all’estinzione. È l’obiettivo che ormai da qualche anno viene portato avanti dalla sempre più proficua collaborazione tra Sotacarbo e il gruppo di Chimica dello Stato Solido e Nanomateriali dell’Università degli Studi di Cagliari focalizzato alla trasformazione della CO₂ in un carburante utile quale il dimetiletere (DME). Questo combustibile alternativo, grazie alla sua adattabilità in svariati settori (trasporti, industria e nel residenziale) e ai vantaggi ambientali, ha suscitato interesse come sostituto più pulito del GPL (gas di petrolio liquefatto) e del gasolio. Può essere utilizzato nei motori diesel ad accensione per compressione per ridurre le emissioni di particolato e gas serra. I pregi sono tanti e promettenti: primo fra tutti, si caratterizza per la totale assenza di zolfo e per la combustione con bassissime emissioni di NOx e particolato.

Nuovi incoraggianti risultati

A seguito delle pubblicazioni scientifiche nate dalla collaborazione sopra citata, che hanno segnato un solido punto di partenza per lo sviluppo di catalizzatori bifunzionali, i nuovi risultati della ricerca sono stati focalizzati sulla progettazione e messa a punto di questi materiali in grado di modificare – nello specifico aumentare – il valore della velocità della reazione tra l’anidride carbonica (CO₂) e l’idrogeno (H₂). I catalizzatori preparati combinano la funzione idrogenante per la formazione del metanolo e quella disidratante per la trasformazione finale del metanolo a DME, in un unico materiale.

Il catalizzatore che sostiene questa reazione, oggetto dell’ultimo lavoro, è stato “progettato” in laboratorio impiegando diversi alluminosilicati mesostrutturati (noti con il nome scientifico di Al-MCM-41, Al-SBA-15 e Al-SBA-16, che si differenziano per la particolare e bizzarra struttura a simmetria esagonale o cubica, rispettivamente) che, oltre a fungere da disidratanti, sono stati intelligentemente impiegati come supporto per “ospitare” la fase idrogenante.

“Immaginatevi un alveare, ma dalle dimensioni estremamente ridotte (dell’ordine dei 6-10 nanometri, si parla di miliardesimi di metro): sono stati inzialmente sintetizzati questi materiali e al loro interno sono state depositate delle nanoscopiche particelle di alcuni metalli a basso costo che hanno costituito la parte idrogenante del catalizzatore”, spiega Mauro Mureddu, ricercatore Sotacarbo e co-autore del lavoro. L’originalità del lavoro effettuato risiede inoltre nella messa a punto della metodica di sintesi chimica che ha permesso l’incorporazione della fase idrogenante all’interno dei mesopori del materiale mesostrutturato. L’uso di un tale tipo di supporto ha permesso di massimizzare il contatto tra i gas reagenti (CO₂ e H₂) con la fase idrogenante, di fatto nanostrutturandola attraverso il suo confinamento all’interno dei mesopori. Il grande potenziale applicativo dei materiali mesoporosi è dovuto alle loro strutture regolari dei pori che risultano fondamentali per l’assorbimento, la selezione, il rilevamento, la rimozione, lo stoccaggio e il rilascio dei materiali.

I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati dall’importante rivista scientifica internazionale “ChemPlusChem” con un articolo dal titolo “Confined growth by self-combustion of a Cu-based nanophase into mesostructured acid supports for DME production from CO₂” (autori Fausto Secci, Valentina Mameli, Marco Sanna Angotzi, Luciano Atzori, Lorenza Piroddi, Nicola Pinna, Mauro Mureddu, Carla Cannas).

Le prestazioni catalitiche di questi materiali sono state messe a confronto e correlate attraverso delle avanzate tecniche di caratterizzazione microstrutturale, che ha permesso al team di lavoro di elucidare i meccanismi governanti l’efficacia dei catalizzatori preparati. Uno studio futuro - sul quale si sta già lavorando - avente come obiettivo l’aumento della produzione del dimetiletere si focalizzerà sull’ottimizzazione del caricamento della fase idrogenante.

I risultati sono molto promettenti. La ricerca continua, anche grazie ai finanziamenti della Regione Autonoma della Sardegna, che ha finanziato parte del lavoro attraverso il progetto “Advanced Sustainable technologieS for Energy Transition, ASSET” project (CUP D43C22002400002), e che permette a Sotacarbo di continuare a contribuire allo sviluppo di soluzioni essenziali per il progresso sociale aprendo la strada verso un’economia circolare anche nel mondo dei trasporti. MMureddu