Viste microscopiche della schiuma di rame quando non trattata (a sinistra) rispetto a quella rivestita con un polimero chiamato poliacrilammide, che una nuova ricerca ha dimostrato può raddoppiare la conversione di C02 in etilene. Credito:American Chemical Society / Catalisi ACS
I combustibili fossili sono stati a lungo i precursori della plastica, ma una nuova ricerca dell'Università del Nebraska-Lincoln e di collaboratori europei potrebbe aiutare a mandare in fumo quell'era:anidride carbonica, per essere precisi.
Prodotto quasi interamente dalla combustione di combustibili fossili, Le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera sono aumentate da 280 parti per milione nell'era preindustriale a circa 410 PPM oggi. quella tendenza, combinato con la disponibilità limitata di combustibili fossili, ha spinto i ricercatori a esplorare metodi per produrre plastica da CO 2 piuttosto che petrolio o gas naturale, riciclando CO 2 proprio come la plastica è ora.
Vitaly Alexandrov e colleghi del Nebraska hanno ora dettagliato una tecnica basata su catalizzatori che può raddoppiare la quantità di anidride carbonica convertita in etilene, un componente essenziale della plastica più comune al mondo, polietilene.
"La conversione della CO 2 è molto importante per aiutare a compensare le emissioni che portano al riscaldamento globale e ad altri processi dannosi nell'ambiente, " disse Aleksandrov, professore assistente di ingegneria chimica e biomolecolare.
Il rame è emerso come il principale candidato per catalizzare reazioni chimiche che convertono l'anidride carbonica in molecole polimeriche che formano la plastica, cosa che fa quando gli viene applicata la tensione. Ma alcune configurazioni a base di rame non sono riuscite a convertire più del 15% circa di CO 2 in etilene, una resa troppo piccola per soddisfare le esigenze dell'industria.
Così i ricercatori della Swansea University in Galles hanno deciso di provare a rivestire il rame con polimeri diversi nella speranza di aumentare tale efficienza. Dopo averlo ricoperto con un polimero chiamato poliacrilammide, hanno scoperto che il tasso di conversione della loro schiuma di rame è aumentato dal 13 al 26%.
Alexandrov e il ricercatore post-dottorato Konstantin Klyukin hanno quindi eseguito simulazioni basate sulla meccanica quantistica attraverso l'Holland Computing Center del Nebraska per aiutare a spiegare perché la poliacrilammide è riuscita a superare i suoi cugini polimerici. Hanno scoperto che il poliacrilammide rompe la CO 2 e lo riassembla in una coppia di composti C-O legati, quindi stabilizza quella nuova molecola mentre guida ulteriori reazioni chimiche, quelle che alla fine producono etilene.
"CO 2 è una molecola molto testarda perché ha doppi legami che sono molto difficili da rompere, " ha detto Alexandrov. "Questa è la parte più impegnativa del tentativo di convertirlo in qualcos'altro. Non vuoi spendere troppa energia per convertirlo; altrimenti, è un compromesso che diventa inefficiente".
Anche se i ricercatori cercano di migliorare ulteriormente tale efficienza, Aleksandrov ha detto, hanno un occhio verso un obiettivo più grande:trasformare la CO 2 direttamente nel polietilene che compone i sacchetti di plastica, contenitori e pellicole.
"Una delle cose che gli sperimentali vogliono è passare dalla sintesi di molecole semplici, come l'etilene, a molecole molto complicate in una reazione batch, " ha detto Alexandrov. "Hai messo in CO 2 catalizzatori, e ti ritrovi con strutture polimeriche che puoi vendere in un negozio. Ma quelle molecole hanno strutture molto complicate. Questo è un primo passo verso la comprensione di come possiamo (crearli)."
