Prendere l’anidride carbonica prodotta dalla combustione di fossili e trasformarla in idrocarburi attraverso una reazione chimica. Sarebbe un circolo virtuoso, un circuito chiuso a emissioni zero, che potrebbe ridurre drasticamente i gas serra. La chimica è nota già da tempo e comporta una reazione chiamata idrogenazione, che scambia gli atomi di ossigeno nell’anidride carbonica con atomi di idrogeno, per produrre idrocarburi come il metano (l’ingrediente principale del gas naturale). Il problema finora è stato il costo. Perché avvengano queste reazioni, sono necessari catalizzatori specifici, costituiti da metalli preziosi, e una grande quantità di energia. Ma siamo ad una svolta.

I ricercatori dell’Università della California del Sud (USC) e del National Renewable Energy Lab (NREL) hanno annunciato lo sviluppo di nanocatalizzatori, più economici e sostenibili, per convertire la CO2 di scarto in carburanti e precursori di altri prodotti chimici. La sostituzione del platino con il carburo di molibdeno consentirebbe di raggiungere la stessa efficienza, con la produzione di prodotti più economici del 90% a temperature “basse”, circa 600 °C (rispetto ai 1100 °C necessari per trasformare i carburi metallici in catalizzatori).

“La nano dimensione di questi catalizzatori è fondamentale per la loro efficacia”, afferma il chimico NREL Frederick Baddour, “perché le reazioni di idrogenazione si verificano sulla superficie del catalizzatore, innescate dalle sue caratteristiche fisiche”. L’unico limite è la produzione: i piccoli reattori non possono produrre grandi quantità di nanocatalizzatori. Attraverso la modularizzazione il laboratorio di Malmstadt presso la USC sta provando a sviluppare il processo su scala, con 16 reattori millifluidici che lavorano in parallelo.

Tra le idee anche quella di rivestire gli elettrodi con nanocatalizzatori e modellarli in membrane da incorporare nei sistemi di lavaggio delle centrali elettriche, dove scorrono i gas di scarico. L’idrogeno necessario verrebbe prodotto da elettrolizzatori alimentati da energia rinnovabile.

Contributo importante in questa direzione arriva anche dal Centro ricerche Sotacarbo, dove sono in via di perfezionamento alcuni innovativi catalizzatori per la sintesi di metanolo e dimetiletere. Uno di questi si distingue dagli altri sviluppati a livello mondiale, perché consente di impiegare il materiale così com’è, riducendo costi, tempi e rischi.

Anche il Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) sintetizza catalizzatori per convertire grandi quantità di anidride carbonica e metano dei gas serra. Gli scienziati del KAIST hanno pubblicato l’articolo “Dry reforming of methane by stable Ni-Mo nanocatalysts on single-crystalline MgO”, in cui presentano il Nanocatalysts su Single Crystal Edges (NOSCE): una combinazione di nanoparticelle di nichel-molibdeno e ossido di magnesio cristallino, entrambi molto meno costosi dei metalli del gruppo del platino. La nanopolvere di ossido di magnesio proviene da una forma finemente strutturata di ossido di magnesio, dove le molecole si legano continuamente al bordo. Non ci sono rotture o difetti nella superficie, consentendo reazioni uniformi e prevedibili. Riscaldando le nanoparticelle, i ricercatori coreani sono riusciti creare un catalizzatore che ha sigillato i propri siti attivi ad alta energia e ha fissato in modo permanente la posizione delle nanoparticelle. Risultato: il catalizzatore a base di nichel non avrà un accumulo di carbonio, né le particelle di superficie si legheranno l’una all’altra.

“Ci è voluto quasi un anno per capire il meccanismo e una volta studiati tutti gli eventi chimici in dettaglio, siamo rimasti scioccati dai risultati ottenuti, davvero sorprendenti”, ha dichiarato il primo autore Youngdong Song, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare presso KAIST.

“Il nostro studio risolve una serie di sfide che la comunità dei catalizzatori deve affrontare”, ha affermato Cafer T. Yavuz, co-autore dell’articolo e professore associato di Ingegneria chimica e biomolecolare e di Chimica presso KAIST. “Riteniamo che il meccanismo NOSCE migliorerà altre inefficienti reazioni catalitiche e aiuterà a ridurre le emissioni di gas serra”. AMasili