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Metanolo da acqua e anidride carbonica: brevetto al catalizzatore Sotacarbo

I ricercatori Sotacarbo premiati per il miglior poster alla conferenza di Auchen 2019 (a sinistra Mauro Mureddu, a destra Alberto Pettinau - foto Sotacarbo)

Un catalizzatore innovativo in grado di convertire la CO2 in combustibili liquidi puliti. Questo è Actirem (acronimo di “Active catalyst for Renewable Methanol”): il nuovo catalizzatore brevettato da Sotacarbo, col titolo “Efficiente catalizzatore per la conversione di CO2 a metanolo”.

Nella concessione del brevetto è stato riconosciuto che il materiale sviluppato presenta prestazioni nettamente superiori rispetto ai catalizzatori oggi disponibili sul mercato, con l’ulteriore vantaggio di non aver bisogno del costoso e delicato processo di attivazione comune a tutti i materiali concorrenti. Questo risultato segue la pubblicazione, lo scorso luglio, della prima parte dei risultati sperimentali su Applied Catalysis B: Environmental, la più prestigiosa rivista scientifica internazionale specializzata su questo tema, e la pubblicazione della domanda di brevetto internazionale n° WO 2019/185223 A1 del 3 ottobre scorso da parte dell’Organizzazione Mondiale della Proprietà Intellettuale (World Intellectual Property Organization, WIPO).

Il nuovo catalizzatore per la sintesi del metanolo

L’innovazione Sotacarbo
Lo sviluppo di catalizzatori così innovativi è stato il frutto della combinazione di pratica e intuito.

“Abbiamo sviluppato un materiale avanzato a elevato sviluppo superficiale, combinando metodi di preparazione innovativi, ottenendo un catalizzatore dalle prestazioni davvero sorprendenti e con il vantaggio che può essere utilizzato senza alcun pre-trattamento di attivazione, aspetto che comporta molteplici vantaggi di tipo economico, ingegneristico, chimico e di sicurezza”, spiega Mauro Mureddu, il ricercatore cui si deve l’invenzione del catalizzatore. “Immaginiamo un nido d’ape cavo ma dalle dimensioni estremamente ridotte (nell’ordine dei 6-10 nanometri); ecco, abbiamo prima sintetizzato questo materiale (scientificamente denominato SBA-15) e al suo interno abbiamo depositato delle nanoscopiche particelle di alcuni metalli a basso costo che hanno costituito la vera parte attiva del catalizzatore”.

“Questo ha portato alla nascita di un nuovo catalizzatore che, grazie al miglioramento della dispersione dei metalli all’interno del nido d’ape, ha portato a un miglioramento delle prestazioni catalitiche rispetto ai materiali recentemente sviluppati per le stesse applicazioni. Inoltre, diversamente dai diretti concorrenti, il catalizzatore Sotacarbo, oltre a essere tollerante all’ossigeno, è direttamente sintetizzabile nella sua forma finale”, spiega Alberto Pettinau, direttore scientifico di Sotacarbo e co-autore dell’invenzione. Un punto fondamentale della presente idea brevettuale (e forse tra i più importanti) è stato quello di ottenere il catalizzatore “pronto all’uso”, contrariamente a tutti i materiali catalitici preparati con i più comuni processi di fabbricazione di catalizzatori; questo ha consentito di evitare, con tutti i benefici in termini economici, ingegneristici e chimici, il trattamento di attivazione, obbligatoriamente richiesto da tutti i produttori di catalizzatori per rendere il materiale attivo e poter esplicare efficacemente il proprio compito.
Actirem. Foto Sotacarbo

Nei catalizzatori convenzionali la fase di attivazione è un’operazione cruciale, delicata e da condurre con un accurato e costante controllo della temperatura, dato che queste operazioni liberano un’ingente quantità di calore – pensiamo a tutti gli accorgimenti che devono essere presi su un impianto su scala industriale. Inoltre, dai risultati di letteratura si evince che molti catalizzatori a base metallica, una volta attivati in atmosfera riducente, e a seconda della temperatura con cui viene condotto il processo, tendono a tornare al loro stato iniziale di ossido – fenomeno superato dal catalizzatore Sotacarbo. Risulta chiara, ancora una volta, la criticità di questa importante fase di attivazione nel corretto “funzionamento” finale del catalizzatore. In tale contesto esistono brevetti aventi come obiettivo il miglioramento delle procedure di attivazione di catalizzatori per reazioni di idrogenazione. Questo aspetto evidenzia ancora di più l’importanza che il brevetto Sotacarbo porta nel filone dell’industria chimica dei catalizzatori. Innovazione e vantaggi dal punto di vista economico‑ingegneristico rendono l’invenzione particolarmente promettente in vista delle possibili applicazioni industriali.

“Siamo consapevoli del valore di quello che stiamo facendo. Ed è motivo di grande soddisfazione che – dopo i vari riconoscimenti internazionali già conseguiti – venga ora concesso il brevetto che certifica l’originalità dell’invenzione e il potenziale vantaggio che il nostro catalizzatore potrebbe portare a livello industriale”, sottolinea Francesca Ferrara, responsabile del gruppo di lavoro “Ingegneria di processo”, altra co-autrice dell’invenzione.

La ricerca non si ferma: la preparazione e la caratterizzazione di nuovi catalizzatori al momento viene portata avanti da Sotacarbo in collaborazione con l’Università di Cagliari; mentre un dettagliato studio cinetico è in corso con i ricercatori dell’Indian Institute of Technology Madras (uno dei più prestigiosi atenei indiani) e altri studi sono in fase di impostazione col LEAP (Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza) e il Politecnico di Milano.

Grazie al supporto della Regione Autonoma della Sardegna, che ha finanziato parte del lavoro attraverso il progetto “Centro di Eccellenza sull’Energia Pulita” (fondi FSC 2014-2020), Sotacarbo sta contribuendo, oggi più che mai, allo sviluppo di soluzioni industriali essenziali per il progresso sociale, nel completo rispetto della vita dell’uomo e dell’ambiente che lo circonda. E – grazie ai fondi della Ricerca di Sistema Elettrico messi a disposizione dal Ministero dello Sviluppo Economico – un nuovo impianto sperimentale, su scala pilota, è in fase di progettazione per la messa a punto del processo in diverse condizioni operative (l’avvio della fase sperimentale è previsto entro la fine del 2021).