Piuttosto che permettere alle centrali elettriche e all'industria di lanciare anidride carbonica nell'atmosfera, Haotian Wang, assistente professore della Rice University, ha un piano per convertire il gas serra in prodotti utili in modo ecologico.

Wang, che si unirà alla Rice come presidente del William Marsh Rice Trustee e assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla fine di quest'anno, e i suoi colleghi hanno realizzato piccoli reattori che consentono a singoli atomi di nichel di catalizzare i gas serra industriali in monossido di carbonio, una materia prima industriale.

Attualmente borsista al Rowland Institute di Harvard, Wang e il suo team hanno migliorato il loro sistema per utilizzare l'elettricità rinnovabile per ridurre l'anidride carbonica in monossido di carbonio, un reagente chiave in numerosi processi industriali. Il sistema è descritto in un articolo in Joule , un giornale di Cell Press.

"L'idea più promettente potrebbe essere quella di collegare questi dispositivi con centrali elettriche a carbone o altre industrie che producono molta anidride carbonica, " Wang ha detto. "Circa il 20 per cento di questi gas sono anidride carbonica, quindi se riesci a pomparli in questa cella... e combinarla con elettricità pulita, quindi possiamo potenzialmente produrre sostanze chimiche utili da questi rifiuti in modo sostenibile, e anche chiudere parte di quel ciclo di anidride carbonica".

Il nuovo sistema, Wang ha detto, rappresenta un drammatico passo avanti rispetto a quello che lui e i suoi colleghi hanno descritto per la prima volta in un articolo del 2017 in chimica .

Quel sistema era a malapena delle dimensioni di un cellulare e si basava su due camere piene di elettroliti, ognuno dei quali conteneva un elettrodo. Il nuovo sistema è più economico e si basa su alte concentrazioni di anidride carbonica e vapore acqueo per funzionare in modo più efficiente:solo una cella di 10 x 10 centimetri, Wang ha detto, può produrre fino a quattro litri di monossido di carbonio all'ora.

Il nuovo sistema, Wang ha detto, affronta le due sfide principali – costo e scalabilità – che erano viste come limitanti l'approccio iniziale.

"In quel lavoro precedente, avevamo scoperto i catalizzatori a singolo atomo di nichel che sono molto selettivi per ridurre l'anidride carbonica a monossido di carbonio... ma una delle sfide che abbiamo dovuto affrontare è stata che i materiali erano costosi da sintetizzare, "Ha detto Wang. "Il supporto che stavamo usando per ancorare singoli atomi di nichel era basato sul grafene, il che ha reso molto difficile la scalabilità se si voleva produrlo in scala di grammi o addirittura di chilogrammi per un uso pratico in futuro."

Per affrontare quel problema, Egli ha detto, il suo team si è rivolto a un prodotto commerciale migliaia di volte più economico del grafene come supporto alternativo:il nerofumo.

Utilizzando un processo simile all'attrazione elettrostatica, Wang e colleghi sono in grado di assorbire singoli atomi di nichel (caricati positivamente) nei difetti (caricati negativamente) nelle nanoparticelle di nerofumo, con il materiale risultante sia a basso costo che altamente selettivo per la riduzione dell'anidride carbonica.

"Proprio adesso, il meglio che possiamo produrre sono i grammi, ma in precedenza potevamo produrre solo milligrammi per lotto, "Ha detto Wang. "Ma questo è limitato solo dall'attrezzatura di sintesi che abbiamo; se avessi un serbatoio più grande, potresti produrre chilogrammi o addirittura tonnellate di questo catalizzatore."

Andando avanti, Wang ha detto, il sistema ha ancora sfide da superare, particolarmente legato alla stabilità.

"Se vuoi usarlo per avere un impatto economico o ambientale, deve avere un funzionamento continuo di migliaia di ore, " ha detto. "In questo momento, possiamo farlo per decine di ore, quindi c'è ancora un grande divario, ma credo che questi problemi possano essere affrontati con un'analisi più dettagliata sia del catalizzatore per la riduzione dell'anidride carbonica che del catalizzatore per l'ossidazione dell'acqua".

In definitiva, Wang ha detto, potrebbe venire il giorno in cui l'industria sarà in grado di catturare l'anidride carbonica che ora viene rilasciata nell'atmosfera e trasformarla in prodotti utili.

"Il monossido di carbonio non è un prodotto chimico di particolare pregio, " Wang ha detto. "Per esplorare più possibilità, il mio gruppo ha anche sviluppato diversi catalizzatori a base di rame che possono ridurre ulteriormente l'anidride carbonica in prodotti che sono molto più preziosi."