Immagina se potessimo prendere CO2, il più famigerato dei gas serra, e convertirlo in qualcosa di utile. Qualcosa come la plastica, Per esempio. Gli effetti positivi potrebbero essere drammatici, sia deviando la CO2 dall'atmosfera sia riducendo la necessità di combustibili fossili per realizzare prodotti.

Un gruppo di ricercatori, guidato dal gruppo Ted Sargent dell'Università di Toronto, risultati appena pubblicati che avvicinano molto questa possibilità.

Utilizzando la Canadian Light Source e una nuova tecnica esclusiva della struttura, sono stati in grado di individuare le condizioni che convertono la CO2 in etilene in modo più efficiente. Etilene, a sua volta, viene utilizzato per produrre polietilene, la plastica più comunemente utilizzata oggi, la cui produzione globale annua è di circa 80 milioni di tonnellate.

"Questo esperimento non avrebbe potuto essere eseguito in nessun'altra parte del mondo, e siamo entusiasti dei risultati", afferma Phil De Luna, studente di Ph.D. U of T, il ricercatore capo di questo progetto.

La scienza

Al centro di questo lavoro c'è la reazione di riduzione dell'anidride carbonica, in cui la CO2 viene convertita in altre sostanze chimiche attraverso l'uso di una corrente elettrica e una reazione chimica, aiutato da un catalizzatore.

Molti metalli possono fungere da catalizzatori in questo tipo di reazione:oro, argento e zinco possono produrre monossido di carbonio, mentre stagno e paladium possono produrre formiato. Solo il rame può produrre etilene, il componente principale della plastica in polietilene.

"Il rame è un po' un metallo magico. È magico perché può produrre molte sostanze chimiche diverse, come il metano, etilene, ed etanolo, ma controllare ciò che fa è difficile, "dice De Luna.

Questo è esattamente ciò che i risultati della squadra affrontano, però. Sono stati in grado di progettare un catalizzatore e individuare le condizioni ideali per massimizzare la produzione di etilene, riducendo al minimo la produzione di metano a quasi nulla.

Abbinato alla tecnologia di cattura del carbonio, questo potrebbe portare a un meccanismo di produzione incredibilmente ecologico per la plastica di tutti i giorni, nel frattempo sequestrando i gas serra nocivi.

"Penso che il futuro sarà pieno di tecnologie che danno valore ai rifiuti. È eccitante perché stiamo lavorando per sviluppare modi nuovi e sostenibili per soddisfare le esigenze energetiche del futuro, "dice De Luna.

Tecniche innovative e serendipity

Un pezzo unico di attrezzatura sviluppato dallo scienziato senior di CLS Tom Regier ha permesso ai ricercatori di studiare sia la morfologia, o forma, e l'ambiente chimico del loro catalizzatore di rame durante la reazione di riduzione della CO2, in tempo reale.

"Questo non è mai stato fatto prima, " dice il dottorando Rafael Quintero-Bermudez, l'altro primo co-autore dell'articolo. "Questa misurazione unica ci ha permesso di esplorare molte domande di ricerca su come avviene il processo e su come può essere progettato per migliorare".

Identificando le condizioni precise che massimizzano la produzione di etilene durante la reazione, è possibile progettare un catalizzatore per soddisfare tali condizioni.

Quintero-Bermudez e De Luna si stavano avvicinando alla fine del loro tempo di ricerca al CLS quando sono arrivati ​​i risultati chiave. Dopo innumerevoli ore di lavoro, e molti tentativi falliti, l'esperimento ha funzionato.

"Stavamo per arrenderci, ma quando sono arrivati ​​i risultati, erano così buoni che abbiamo dovuto sederci. Risultati davvero belli, " dice Quintero-Bermudez.

Regier era ugualmente soddisfatto del lavoro.

"Lavoriamo costantemente per sviluppare strumenti sempre migliori da utilizzare per la comunità di ricerca. È gratificante vedere gli strumenti utilizzati per risolvere problemi importanti con applicazioni significative, "dice Regia.

La qualità dei risultati parla da sola. Sono state tra le prime ricerche ad essere pubblicate nel nuovissimo Natura diario di famiglia Catalisi della natura .