Fig.1:Immagine TEM del catalizzatore di nanoparticelle di rutenio supportato da CeO2. I cerchi gialli mostrano le nanoparticelle di Ru. Credito:Università di Osaka
I ricercatori dell'Università di Osaka creano un catalizzatore per la raffinazione delle sostanze chimiche nei rifiuti vegetali, permettendo un modo verde per produrre materie prime di pregio.
La lotta ai cambiamenti climatici è una chiamata alle armi per l'industria. Attualmente ci affidiamo ai combustibili fossili, una delle principali fonti di gas serra CO2, non solo per l'energia, ma anche per creare prodotti chimici per la produzione. Per liberare le nostre economie da questa dipendenza, dobbiamo trovare una nuova fonte di materie prime "verdi" in modo che fabbriche e laboratori possano funzionare senza produrre ed emettere CO2.
Ora, un team di ricerca dell'Università di Osaka ha scoperto come creare sostanze chimiche preziose da fonti pulite. Hanno usato biomassa, essenzialmente rifiuti da materiali vegetali. La biomassa è ricca di molecole organiche, lunghe catene di atomi di carbonio attaccate all'ossigeno. I metodi esistenti possono rompere i legami carbonio-ossigeno in queste molecole per creare, Per esempio, materie prime per materie plastiche. Però, rompendo i legami carbonio-carbonio, per accorciare le catene molecolari, è più difficile; sono necessarie temperature estreme, e spesso producono prodotti indesiderati.
Il metodo sviluppato ad Osaka si basa su un nuovo catalizzatore. I catalizzatori consentono il verificarsi di reazioni, senza consumarsi essi stessi. Sono spesso a base di metalli, e il nuovo esempio non fa eccezione:consiste in particelle atomicamente piccole di rutenio, un metallo legato al ferro, seduto su un materiale chiamato ossido di cerio.
Fig.2:Scissioni selettive del legame CC di sostanze chimiche biogene catalizzate dal catalizzatore di nanoparticelle di rutenio supportato da CeO2. Credito:Università di Osaka
Dopo aver creato il loro catalizzatore, i ricercatori lo hanno testato sull'acido levulinico (LA) dalla biomassa. LA ha reagito per rompere il legame C-C a 150 gradi Celsius - caldo per alcuni, ma mite per gli standard industriali. Il prodotto di reazione era 2-butanolo, una sostanza chimica importante per la produzione di solventi. "Questa è la prima volta che il 2-butanolo viene prodotto in questo modo ecologico, usando LA, ", spiega il primo autore dello studio Tomoo Mizugaki. "Tradizionalmente, è fatto di butene, che proviene da raffinerie di petrolio altamente inquinanti".
Incoraggiato da questo, il team ha testato il loro catalizzatore su altri prodotti chimici della biomassa. È stata ottenuta una gamma di prodotti di pregio. In modo cruciale, le reazioni rompevano sempre i legami carbonio-carbonio. Questo ha permesso loro di produrre, Per esempio, cicloesanolo, una sostanza chimica importante nella produzione di nylon.
Fig.3:Le nuove vie sintetiche per sostanze chimiche preziose utilizzando il catalizzatore di nanoparticelle di rutenio supportato da CeO2. Credito:Università di Osaka
Gli studi ai raggi X e al microscopio hanno confermato che la combinazione di rutenio, l'ossido di cerio e l'acqua erano vitali per la reazione. Il nuovo catalizzatore colma quindi un'importante lacuna nella cassetta degli attrezzi delle reazioni dei chimici.
"Ci auguriamo che questo metodo aiuti tutti i settori dell'industria a ottenere materie prime da fonti non fossili, ", afferma l'autore corrispondente Kiyotomi Kaneda. "Abbiamo bisogno di un cambiamento radicale nel modo di pensare, in modo che i prodotti chimici di derivazione biologica siano considerati opzioni primarie nella produzione".
