Un combustibile solare è una materia o sostanza capace di rilasciare energia termica per combustione appunto. Attraverso l’energia solare, questa materia viene trasformata in energia chimica che a sua volta produce idrogeno, diossido di carbonio e altri composti organici che sono i carburanti solari. Questi combustibili fanno parte delle energie rinnovabili e potrebbero essere utilizzate al posto del petrolio, del carbone e di altri materiali fossili.
Secondo gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e Caltech, il rame che una volta era legato all’ossigeno è più adatto nel convertire l’anidride carbonica in un combustibile rinnovabile rispetto al rame che non è mai stato legato all’ossigeno.
Lo studio, pubblicato su ACS Catalysis, si basa sull’intuizione degli scienziati di eseguire la spettroscopia a raggi X su prototipi funzionanti di generatori di combustibile solare per dimostrare che i catalizzatori realizzati con ossido di rame sono superiori ai catalizzatori di origine puramente metallica quando si tratta di produrre etilene, un due-carbonio con una vasta gamma di applicazioni industriali, anche dopo che nel catalizzatore non sono rimasti atomi di ossigeno rilevabili.
“Molti ricercatori hanno dimostrato che i catalizzatori di rame derivati dall’ossido sono migliori nel produrre prodotti a base di CO2, tuttavia, si discute sul perché ciò accada“, ha affermato Walter Drisdell, chimico del Berkeley Lab e membro del Centro comune per la fotosintesi artificiale (JCAP), a capo della ricerca. La missione di JCAP è di sviluppare tecnologie efficienti a energia solare in grado di convertire la CO2 atmosferica in carburanti alternativi a base di petrolio.
Lo scienziato ha spiegato che in condizioni operative per la generazione di combustibile, che comporta prima la conversione della CO2 in monossido di carbonio e quindi la costruzione di catene di idrocarburi, l’ossigeno legato al rame viene naturalmente esaurito nel catalizzatore. Tuttavia, alcuni ricercatori ritengono che nella struttura metallica rimangano piccole quantità di ossigeno e che questa sia la fonte della maggiore efficienza.
Per risolvere il dibattito, il team ha portato un sistema di gascromatografia (GC) sulla linea di luce a raggi X in modo da poter rilevare la produzione di etilene in tempo reale: “I nostri collaboratori di Caltech hanno guidato il GC fino a Pasadena e lo hanno installato presso la struttura a raggi X di Palo Alto”, ha dichiarato Soo Hong Lee, ricercatore post-dottorato presso il Berkeley Lab e co-autore principale dello studio: “Con esso, abbiamo dimostrato che non esiste alcuna correlazione tra la quantità di ossigeno (“ossido“) nel catalizzatore e la quantità di etilene prodotta. Quindi, pensiamo che i catalizzatori derivati dall’ossido siano buoni, non perché hanno ossigeno rimanente mentre riducono il monossido di carbonio, ma poiché il processo di rimozione dell’ossigeno crea una struttura metallica di rame che è migliore nella formazione dell’etilene”.
Il team di ricercatori ha inoltre dimostrato che sebbene l’efficienza dei catalizzatori derivati dall’ossido diminuisca nel tempo, può essere “riattivata” regolarmente aggiungendo e rimuovendo nuovamente l’ossigeno durante un semplice processo di manutenzione.
Il loro prossimo passo è progettare una cella generatrice di combustibile in grado di funzionare con strumenti di diffusione a raggi X, consentendo loro di mappare direttamente la struttura mutevole del catalizzatore mentre converte il monossido di carbonio in etilene.
Il team di ricerca comprendeva anche Ian Sullivan e Chengxiang Xiang presso Caltech, e David Larson, Guiji Liu e Francesca Toma presso Berkeley Lab. Questo lavoro è stato supportato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) Office of Science. JCAP è un centro di innovazione energetica DOE.
