Anidride carbonica: da inquinante a carburante pulito

L’inquinamento causato dalle emissioni di diossido di carbonio è stato ampiamente trattato nel precedente articolo “Riscaldamento Globale”. La comunità scientifica sa quali sono i suoi effetti e continua a lanciare segnali d’allarme. Nonostante tutti i Paesi della Terra si siano impegnati a diminuire le emissioni della CO2 dal 2020, sottoscrivendo l’accordo sul clima, approvato a Parigi, nella Conferenza sul clima (COP21) di dicembre 2015, non ci sono delle soluzioni che possano rassicurarci sull’effettivo abbandono dei combustibili fossili, in modo da abbattere drasticamente le emissioni inquinanti. La COP21 ha indicato l’anno 2020 nel quale dovrà iniziare la riduzione delle emissioni inquinanti, non ha però indicato in quale anno dovranno essere ridotte a zero.

I produttori di petrolio e gas – tanto le imprese quanto i paesi partecipanti alla COP21 – esercitando il loro forte potere, si sono opposti e hanno ottenuto che non si specificasse una data per la de-carbonizzazione dell’economia. Insomma, siamo in un tunnel e non sappiamo se riusciremo a uscirne o rimarremo sempre prigioniero di esso.

Mentre i politici continuano a discutere e non proporre soluzioni concrete, i ricercatori continuano in silenzio a lavorare per proporre soluzioni alternative ai combustibili fossili. Cercheremo in queste righe di sapere quali potrebbero essere delle soluzioni valide a risolvere l’annoso problema.

In diversi luoghi del pianeta, giovani e meno giovani ricercatori si stanno prodigando a trovare soluzioni per ottenere combustibili di sintesi, utilizzando come materia prima la CO2 presente nell’atmosfera.

Uno di questi progetti di ricerca è portato avanti presso i laboratori del Dipartimento di Scienze Chimiche, Biologiche, Farmaceutiche e Ambientali dell’Università di Messina, in collaborazione con tredici istituzioni riconosciute in otto paesi europei, tra cui COVESTRO, un’azienda leader mondiale nel settore dei materiali. Gli istituti di ricerca e la Covestro hanno costituito il Consorzio A-LEAF. Questo ha come obiettivo quello di sintetizzare sostanze organiche e carburanti con un processo simile alla fotosintesi clorofilliana. Come ben sappiamo, la fotosintesi naturale trasforma l’acqua (H2O) e il biossido di carbonio (CO2) in ossigeno e carboidrati utilizzando esclusivamente l’energia del sole. Quello che il Consorzio A-LEAF vuole realizzare è una fotosintesi artificiale, cioè, facendo passare acqua e biossido di carbonio, in apposite celle, irradiate dalla luce solare, e ottenere appunto sostanze organiche da utilizzare per la sintesi di carburanti. Per realizzare il processo si è iniziato da studi su atomi per determinare sperimentalmente e teoricamente i principali parametri per l’ottimizzazione delle trasformazioni chimiche da realizzare e ottenere sostanze organiche ricche di energia. Una volta messo a punto, il processo sarà ingrandito e trasferito in configurazioni fotoelettochimiche per ottenere il massimo delle prestazioni. Tutto sarà successivamente assemblato in un singolo dispositivo fotoelettrocatalitico, realizzando così una foglia artificiale.

Oltre alla sfida scientifica, A-LEAF s’impegna a studiare l’ottimizzazione dei costi di tutto il processo. Infatti, solo se i combustibili solari avranno costi contenuti, potranno competere con i combustibili fossili sul mercato. Ottenere combustibili e prodotti chimici sostenibili, anche dal punto di vista economico, combustibili provenienti da acqua, CO2 atmosferica e luce solare, utilizzando catalizzatori ottenuti con carbonio, silicio, ferro o rame, al posto di metalli preziosi o materie prime rare.

Il progetto sviluppato al Politecnico di Losanna prevede l’utilizzo di un catalizzatore bi-funzionale a basso costo per sintetizzare composti organici dalla CO2 atmosferica e dalla luce solare. Il catalizzatore è costituito da nano fili di ossido di rame e ossido di stagno, in un sistema elettrolitico collegato a una cella fotovoltaica a tripla giunzione. In questo modo, la luce solare assorbita dalla cella fotovoltaica produce energia necessaria a rompere i legami C – O della molecola di diossido di carbonio. La doppia funzione del catalizzatore è di far avvenire una riduzione al catodo e un’ossidazione all’anodo. Secondo i ricercatori, questo tipo di catalizzatore bi-funzionale a basso costo rappresenta un elemento cruciale per le applicazioni industriali della trasformazione della CO2 in carburante.

Il catalizzatore a basso costo

Ricercatori della University of Southern California, in un articolo pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, illustrano uno studio dal loro fatto per convertire la CO2 in alcool metilico (CH3OH) utilizzando una catalisi omogenea. L’innovazione apportata da questi ricercatori statunitensi non è il processo di conversione dell’anidride carbonica in metanolo, bensì l’utilizzo di rutenio come catalizzatore. Questo metallo può essere impiegato continuativamente perché resistente alle alte temperature necessaria per velocizzare la trasformazione dell’anidride carbonica in metanolo, con un conseguente abbattimento dei costi. Questo catalizzatore riesce a convertire il 79% di CO2 atmosferica in metanolo. La miscela di metanolo e acqua ottenuta, dopo distillazione per l’allontanamento dell’acqua, può essere usato come carburante alternativo.

rutenio

Rosario Saccà

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