Un team di ricercatori ha compiuto progressi significativi nell’applicazione pratica di un nuovo materiale noto come MOF-525, appartenente alla famiglia delle strutture metallo-organiche, che si è dimostrato molto promettente nelle tecnologie di cattura e conversione del carbonio.
MOF-525: un aiuto promettere per la depurazione del gas serra
Il team ha sviluppato un processo di produzione scalabile utilizzando tecniche di taglio della soluzione che consentono di applicare il MOF-525 in vaste aree, migliorando così la sua efficacia nel catturare e convertire l’anidride carbonica in sostanze chimiche di valore commerciale.
La scoperta del gruppo di laboratorio del professore assistente di ingegneria chimica Gaurav “Gino” Giri ha implicazioni per la depurazione dei gas serra, uno dei principali fattori che contribuiscono al dilemma del cambiamento climatico. Potrebbe anche contribuire a risolvere il fabbisogno energetico mondiale.
Come accennato in precedenza, MOF-525, appartiene a una classe di materiali chiamati strutture metallo-organiche: “Se si riesce a fare in modo che questi MOF coprano vaste aree, allora diventano possibili nuove applicazioni, come realizzare una membrana per la cattura del carbonio e la conversione elettrocatalitica, tutto in un unico sistema”, ha affermato Giri.
Lo studio
La conversione elettrocatalitica crea un ponte dalle fonti di energia rinnovabile alla sintesi chimica diretta, eliminando dall’equazione la combustione di combustibili fossili che producono anidride carbonica.
Quello che conferisce questa caratteristica al MOF-525 è la sua struttura ultraporosa e cristallina, fatta di reti 3D di minuscole cavità su scala nanometrica che creano una vasta area superficiale interna e agiscono come una spugna, che può essere progettata per intrappolare tutti i tipi di composti chimici.
Il gruppo di Giri ha ritenuto che iniziare con una tecnica di sintesi intrinsecamente scalabile, il solution shearing, avrebbe aumentato le loro probabilità. Avevano già avuto successo nel tagliare MOF più semplici.
Nel processo Giri, i componenti del MOF vengono miscelati in una soluzione e quindi sparsi su un substrato con la lama da taglio. Quando la soluzione evapora, i legami chimici formano il MOF come una pellicola sottile sul substrato. L’applicazione di MOF-525 in questo modo produce una membrana tutto in uno per la cattura e la conversione del carbonio.
“Più grande è la membrana, maggiore è la superficie per la reazione e maggiore è la quantità di prodotto che si potrebbe ottenere“, ha affermato Prince Verma, ricercatore dell laboratorio di Giri: “Con questo processo, puoi aumentare la larghezza della lama di taglio fino alla dimensione di cui hai bisogno“.
Il team ha mirato alla conversione della CO2 per dimostrare il proprio approccio di solution shearing perché la cattura del carbonio è ampiamente utilizzata per ridurre le emissioni industriali o per rimuoverla dall’atmosfera, ma a un costo per gli operatori con un ritorno minimo sull’investimento: l’anidride carbonica ha poco valore commerciale e la maggior parte spesso finisce immagazzinata per un tempo indefinito sottoterra.
Con un apporto energetico minimo e utilizzando l’elettricità per catalizzare una reazione, tuttavia MOF-525 può eliminare un atomo di ossigeno per produrre monossido di carbonio, una sostanza chimica preziosa per la produzione di carburanti, prodotti farmaceutici e altri prodotti.
Conclusioni
Il processo di accelerazione delle reazioni attraverso la catalisi, in particolare l’elettrocatalisi, che consuma meno energia rispetto alle reazioni guidate dal calore o dalla pressione, è essenziale per un futuro di energia verde, al punto che UVA ha investito 60 milioni di dollari nello studio sulla catalisi come parte del progetto Grand Challenges Investments di UVA.
“I materiali del laboratorio di Gino ci aiutano a capire come abilitare nuove tecnologie scalabili per la cattura e la conversione, di cui avremo bisogno per affrontare le sfide ambientali poste dalle attuali concentrazioni di anidride carbonica nell’atmosfera e dal tasso di emissioni“, ha concluso Machan.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Applied Materials and Interfaces dell’American Chemical Society.
