In un dato giorno, più di 2 milioni di libbre di anidride carbonica vengono pompati nell'atmosfera dalle fabbriche, emissioni di auto e camion e la combustione di carbone e gas naturale per generare elettricità.

Per molti, è motivo di preoccupazione per l'ambiente, ma per Haotian Wang, è la materia prima perfetta.

Fellow al Rowland Institute di Harvard, Wang e il suo team di ricerca hanno sviluppato un sistema che utilizza l'elettricità rinnovabile per trasformare elettrochimicamente l'anidride carbonica in monossido di carbonio, un prodotto chiave utilizzato in numerosi processi industriali. L'efficienza di conversione dell'energia dalla luce solare alla CO può raggiungere il 12,7 %, più di un ordine di grandezza superiore alla fotosintesi naturale. Il dispositivo è descritto in un recente articolo pubblicato su chimica .

"Fondamentalmente, cos'è questa è una forma di fotosintesi artificiale, " Wang ha detto. "In una pianta, luce del sole, CO2 e acqua diventano zucchero e ossigeno. Nel nostro sistema, l'ingresso è la luce del sole, CO2 e acqua, e produciamo CO e ossigeno."

Quella reazione avviene in un dispositivo dall'aspetto senza pretese, a malapena le dimensioni di uno smartphone, che comprende due camere piene di elettroliti separate da una membrana a scambio ionico.

In un sito, un elettrodo alimentato da energia rinnovabile ossida le molecole d'acqua in gas ossigeno e libera protoni. Questi protoni si spostano nell'altra camera dove, con l'aiuto di un catalizzatore a singolo atomo di metallo accuratamente progettato, si legano alle molecole di anidride carbonica, creando acqua e monossido di carbonio.

"La sfida è che la maggior parte dei catalizzatori noti tende a produrre gas idrogeno, " Wang ha detto. "Quindi è difficile, quando dividi l'acqua, per impedire a quei protoni di combinarsi insieme per formare gas idrogeno. Quello di cui avevamo bisogno era un catalizzatore in grado di prevenire l'evoluzione dell'idrogeno e invece in grado di iniettare in modo efficiente quei protoni in CO2, ottenendo quindi un'elevata selettività per la riduzione della CO2."

Sfortunatamente, i due più noti catalizzatori di questo tipo sono l'oro e l'argento, metalli preziosi che sono molto costosi per rendere la reazione economica su larga scala.

"Così abbiamo iniziato guardando materiali a basso costo come il nichel, ferro e cobalto, che sono tutti terra-abbondanti, "Kun Jiang ha detto, che è un borsista post-dottorato nel gruppo Wang e il primo autore di questo lavoro. "Ma il problema è che sono tutti ottimi catalizzatori di idrogeno, quindi vogliono produrre gas idrogeno.

Inoltre, possono essere tutti facilmente avvelenati dal monossido di carbonio, " ha aggiunto. "Anche se riesci a usarli per ridurre la CO2, la CO risultante si lega molto fortemente alla superficie, impedendo che si verifichino ulteriori reazioni".

Per risolvere quei problemi, Wang e i suoi collaboratori di Stanford, Prof. Yi Cui e Prof. Jens Nørskov, si mise a lavorare per "sintonizzare" le proprietà elettroniche dei metalli. Dott.ssa Samira Siahrostami, uno scienziato dello staff del gruppo del Prof. Nørskov ha razionalizzato la natura dei siti attivi mediante modelli su scala atomica e ha scoperto che disperdendo i metalli di nichel in singoli atomi isolati, che sono intrappolati nei posti vacanti di grafene, ha prodotto un materiale desideroso di reagire con l'anidride carbonica e disposto a rilasciare il monossido di carbonio risultante.

Quel monossido di carbonio, Wang ha detto, può quindi essere utilizzato in una serie di processi industriali.

"Il monossido di carbonio è un prodotto industriale molto importante, " ha detto Wang. "Può essere utilizzato nella produzione di materie plastiche, per produrre prodotti idrocarburici o può essere bruciato come combustibile stesso. È ampiamente utilizzato nell'industria."

In definitiva, anche se, la speranza è che un giorno il sistema possa essere ampliato abbastanza da rimuovere l'anidride carbonica dall'atmosfera nel tentativo di combattere il cambiamento climatico globale.

"L'idea di base era se potessimo catturare la CO2 esistente e utilizzare l'elettricità rinnovabile, da energia solare o eolica, per ridurlo in sostanze chimiche utili, "Wang ha detto, "allora possiamo eventualmente formare un anello di carbonio."