I ricercatori dell’Università del Michigan hanno sviluppato un materiale catalizzatore noto come ftalocianina di cobalto che converte l’anidride carbonica, un fattore significativo del cambiamento climatico, in combustibili rinnovabili come il metanolo.
Il lavoro degli scienziati
Nello studio pubblicato sulla rivista ACS Catalysis, i ricercatori dell’UM hanno analizzato tale importante scoperta attraverso molteplici fasi di reazione. La prima converte la CO 2 in monossido di carbonio (CO) e la seconda fase converte questo in metanolo. Tale approccio presenta un metodo sostenibile per ridurre le emissioni di gas serra offrendo allo stesso tempo una strada per produrre energia pulita.
Gli scienziati hanno cercato a lungo di trovare un modo per convertire chimicamente l’anidride carbonica in combustibili come il metanolo. Il metanolo potrebbe essere potenzialmente utilizzato per alimentare i veicoli in modo più rispettoso dell’ambiente. Sebbene la conversione della CO 2 sia stata industrializzata, realizzare questa trasformazione su larga scala attraverso processi elettrochimici si è rivelata una sfida significativa.
Uno degli autori principali della ricerca, Kevin Rivera-Cruz, ha affermato: “Il nostro approccio è unico perché siamo in grado di riunire e collegare tutta la conoscenza che ogni campo ha sullo stesso problema. Abbiamo scienziati e ingegneri tutti all’interno di un team, che fanno brainstorming e raccolgono approfondimenti per progettare e comprendere il sistema nel miglior modo possibile”. Rivera-Cruz ha recentemente conseguito un dottorato in chimica presso la UM.
La ftalocianina di cobalto agisce come un gancio molecolare per le molecole di CO 2 o CO. La disposizione di queste molecole attorno al metallo cobalto è cruciale perché determina la forza con cui ciascuna molecola di gas si lega. Il problema, hanno scoperto, è che la ftalocianina di cobalto si lega molto più fortemente alle molecole di CO 2 che alle molecole di CO. Per questo motivo, una volta prodotta la CO nella prima fase, essa viene sostituita da un’altra molecola di anidride carbonica prima di poter essere ulteriormente convertita in metanolo.
Utilizzando modelli computazionali avanzati, i ricercatori hanno calcolato che la ftalocianina di cobalto lega la CO 2 tre volte più strettamente di quanto non leghi il monossido di carbonio. Lo hanno confermato anche attraverso esperimenti che hanno misurato la velocità di reazione al variare delle quantità di anidride carbonica e monossido di carbonio. I ricercatori hanno dimostrato che la differenza nell’affinità di legame ha a che fare con il modo in cui gli elettroni del catalizzatore interagiscono con le molecole di CO 2 e CO.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno suggerito di riprogettare il catalizzatore di cobalto ftalocianina per rafforzare il modo in cui interagisce con la CO e ridurre la forza con cui si lega alla CO 2. La risoluzione di questo ostacolo potrebbe aprire la strada all’utilizzo di catalizzatori come la ftalocianina di cobalto per convertire in modo efficiente i rifiuti di anidride carbonica in combustibile metanolo su larga scala.
Che cos’è l’anidride carbonica?
L’anidride carbonica è una molecola composta da due atomi di ossigeno e uno di carbonio. È una sostanza chimica essenziale per la vita sulla Terra, ma anche una delle principali cause dell’attuale cambiamento climatico. Essa è un gas incolore e inodore a temperatura ambiente. La sua formula chimica è CO2, con un peso molecolare di circa 44 grammi per mole. È leggermente solubile in acqua, dove forma acido carbonico (H2CO3), il quale contribuisce alla corrosione delle rocce calcaree.
Nell’atmosfera terrestre, l’anidride carbonica è un gas serra, il che significa che assorbe e trattiene il calore proveniente dalla superficie terrestre. Questo è un processo naturale e necessario per mantenere la temperatura della Terra ad un livello adatto alla vita. L’eccessiva concentrazione di CO2 nell’atmosfera, causata principalmente dalle attività umane come la combustione di combustibili fossili e la deforestazione, sta portando tuttavia a un aumento dell’effetto serra e, di conseguenza, al riscaldamento globale.
L’aumento delle temperature globali causato dall’eccesso di CO2 ha diversi impatti sull’ambiente. Tra questi ci sono il riscaldamento degli oceani, l’innalzamento del livello del mare dovuto alla fusione dei ghiacciai e delle calotte polari, gli eventi meteorologici estremi come uragani più intensi e piogge torrenziali, e cambiamenti nei pattern climatici che possono influenzare la produzione alimentare e la disponibilità di acqua potabile.
Per affrontare il problema dell’eccessiva concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera, sono necessarie azioni su vasta scala a livello globale. Queste includono la transizione verso fonti di energia rinnovabile come il sole e il vento, l’adozione di pratiche agricole sostenibili che riducano le emissioni di gas serra, la promozione della riforestazione e la protezione degli ecosistemi forestali esistenti, nonché l’implementazione di tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) che possono rimuovere il CO2 dall’atmosfera e immagazzinarlo in modo sicuro a lungo termine.
Conclusioni
L’anidride carbonica è una sostanza chimica fondamentale per la vita sulla Terra, ma l’eccessiva produzione di CO2 dalle attività umane sta causando gravi problemi ambientali, tra i quali il cambiamento climatico. Affrontare questo problema richiede azioni immediate e coordinate a livello globale per ridurre le emissioni di CO2 e limitare il riscaldamento globale entro limiti accettabili.
