Un team di ricercatori ha dimostrato che l’anidride carbonica, un gas serra, può essere convertita in modo altamente efficiente in un tipo di carburante sostenibile liquido chiamato metanolo.
Il processo di sviluppo del carburante sostenibile
I chimici lavorano da anni per sintetizzare materiali di alto valore da molecole di scarto. Una collaborazione internazionale di scienziati sta esplorando modi per usare l’elettricità per semplificare il processo.
Questo processo è avvenuto prendendo molecole di ftalocianina di cobalto (CoPc) e distribuendole uniformemente su nanotubi di carbonio, tubi simili al grafene che hanno proprietà elettriche uniche.
Sulla loro superficie c’era una soluzione elettrolitica che, facendo passare una corrente elettrica attraverso di essa, ha permesso alle molecole di CoPc di prendere elettroni e usarli per trasformare l’anidride carbonica in un carburante sostenibile.
Lo studio
Utilizzando un metodo speciale basato sulla spettroscopia in situ per visualizzare la reazione chimica, i ricercatori hanno visto per la prima volta quelle molecole convertirsi in metanolo o monossido di carbonio, che non è il prodotto desiderato. Hanno scoperto che il percorso che la reazione intraprende è deciso dall’ambiente in cui reagisce la molecola di anidride carbonica.
La messa a punto di questo ambiente mediante il controllo del modo in cui il catalizzatore CoPc veniva distribuito sulla superficie del nanotubo di carbonio ha consentito all’anidride carbonica di avere una probabilità fino a otto volte maggiore di produrre metanolo, una scoperta che potrebbe aumentare l’efficienza di altri processi catalitici e avere un impatto diffuso su altri campi, ha affermato Robert Baker, coautore dello studio sul carburante combustibile e Professore di chimica e biochimica presso l’Ohio State University.
“Quando prendi l’anidride carbonica e la converti in un altro prodotto, puoi ottenere molte molecole diverse“, ha spiegato: “Il metanolo è sicuramente una delle più desiderabili perché ha una densità energetica così elevata e può essere utilizzato direttamente come carburante sostenibile“.
Sebbene la trasformazione di molecole di scarto in prodotti utili non sia un fenomeno nuovo, finora i ricercatori non sono stati spesso in grado di osservare come avviene effettivamente la reazione, un’intuizione fondamentale per poter ottimizzare e migliorare il processo di sviluppo del carburante sostenibile.
“Potremmo ottimizzare empiricamente il funzionamento di qualcosa, ma non abbiamo realmente una comprensione di cosa lo fa funzionare, o di cosa fa sì che un catalizzatore funzioni meglio di un altro catalizzatore“, ha affermato Baker, specializzato in chimica di superficie, e studia come le reazioni chimiche cambiano quando si verificano sulla superficie di oggetti diversi: “Sono cose molto difficili a cui rispondere”.
Con l’aiuto di tecniche speciali e modelli computerizzati, il team si è avvicinato notevolmente alla comprensione del complesso processo. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo tipo di spettroscopia vibrazionale, che ha permesso loro di vedere come si comportano le molecole sulla superficie, ha affermato Quansong Zhu, autore principale dello studio ed ex Ohio State Presidential Scholar, le cui misurazioni impegnative sono state vitali per la scoperta.
“Potevamo dire dalle loro firme vibrazionali che si trattava della stessa molecola in due diversi ambienti di reazione“, ha detto Zhu: “Siamo stati in grado di correlare che uno di quegli ambienti di reazione era responsabile della produzione di metanolo, che è un prezioso carburante sostenibile”.
Secondo lo studio, un’analisi più approfondita ha anche scoperto che queste molecole hanno interagito direttamente con particelle sovraccariche chiamate cationi, che hanno potenziato il processo di formazione del metanolo.
Conclusioni
Sono necessarie ulteriori ricerche per scoprire di più sulle altre funzioni di questi cationi, ma una simile scoperta è fondamentale per trovare un modo più efficiente per creare un carburante sostenibile, ha affermato Baker.
“Stiamo osservando sistemi molto importanti e imparando cose su di essi che sono state oggetto di interrogativi per molto tempo“, ha aggiunto Baker: “Comprendere la chimica unica che avviene a livello molecolare è davvero importante per abilitare queste applicazioni”.
Oltre a essere un carburante sostenibile a basso costo per veicoli come aerei, automobili e imbarcazioni, il metanolo prodotto da energia elettrica rinnovabile potrebbe essere utilizzato anche per il riscaldamento e la produzione di energia, nonché per promuovere future scoperte chimiche.
“Ci sono molte cose entusiasmanti che possono arrivare in futuro in base a quello che abbiamo imparato qui, e alcune di queste le stiamo già iniziando a fare insieme“, ha concluso Baker: “Il lavoro è in corso”.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Catalysis.
