La sostenibilità è una questione importante negli affari e nell'industria in questi giorni. Molte aziende riconoscono la necessità di trovare le migliori soluzioni climaticamente neutre per fabbricare i propri prodotti e ridurre la produzione di inquinanti. Ciò significa che stanno cercando opzioni di produzione che non richiedano l'uso di materie prime fossili. Un grande potenziale in questo senso si vede nell'elettrosintesi, un processo che prevede la trasformazione di sostanze chimiche in una cella di elettrolisi utilizzando energia elettrica.

Un team di ricercatori guidato dal professor Siegfried Waldvogel, portavoce della SusInnoScience Top-Level Research Area presso la Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), ha già dimostrato, Per esempio, che è possibile utilizzare questa tecnica per estrarre il composto aromatico vanillina dagli scarti del legno. Un'applicazione particolarmente promettente dell'elettrosintesi sarebbe il suo utilizzo per la produzione di precursori plastici. L'elettrosintesi non solo sarebbe più efficiente delle tecniche convenzionali, ma non comporterebbe nemmeno il consumo di risorse fossili. Però, c'è un intoppo significativo e ancora in gran parte trascurato:durante l'elettrosintesi, si verifica un processo noto come corrosione catodica. Il team di Waldvogel ha deciso di esplorare più a fondo questo problema intraprendendo prima una revisione della letteratura sull'argomento. I risultati di tale ricerca sono stati pubblicati di recente in Recensioni chimiche .

Il team di ricerca ha valutato articoli relativi alla corrosione catodica apparsi negli ultimi 130 anni, tra cui circa 30 articoli da loro stessi prodotti. "Il nostro team e un gruppo cinese sono gli unici con le competenze necessarie per effettuare una tale revisione della letteratura, " ha sottolineato Waldvogel.

Secondo Waldvogel, gli scienziati sono a conoscenza del problema della corrosione catodica da oltre 200 anni, ma non è stato ancora trovato un mezzo per prevenirlo. Mentre l'ossidazione dell'elettrodo positivo, l'anodo, durante l'elettrolisi è stato accuratamente studiato, ci sono ancora molte domande senza risposta riguardanti la riduzione che avviene all'elettrodo negativo, il catodo. "È necessario utilizzare materiali per gli elettrodi che abbiano un alto potenziale di sovratensione rispetto all'idrogeno, quindi per questo motivo metalli pesanti tossici, come piombo e stagno, sono impiegati, " disse Waldvogel. "Tuttavia, il catodo si dissolve gradualmente, o si corrode, e rilascia questi metalli velenosi." Ciò può provocare la contaminazione delle sostanze chimiche sintetizzate, che è, Certo, un effetto indesiderato. "Se fossimo in grado di prevenire questa corrosione, avremmo tolto uno dei maggiori scogli sulla strada dell'elettrificazione dei processi produttivi, " ha aggiunto. Il chimico sta attualmente lavorando a due progetti progettati per trovare una soluzione al problema. Il progetto chiamato "Strategie per superare i limiti contemporanei delle conversioni elettrosintetiche riduttive in mezzi acquosi" è stato appena avviato questo mese. È finanziato da la German Research Foundation (DFG) e la US National Science Foundation per un importo di circa 1 milione di euro.

Il focus qui è su un'applicazione pratica. Lavorando in collaborazione con un team della Iowa State University, l'obiettivo è sviluppare un metodo per generare precursori per la plastica dai rifiuti agricoli e questi prodotti devono essere sintetizzati al catodo. "Supponendo che abbiamo successo, in futuro saremo in grado di utilizzare i rifiuti per produrre intermedi chimici, con conseguente miglioramento sostenibile del valore, " ha dichiarato Waldvogel. Secondo il team dell'Università di Mainz, considereranno principalmente i vari modi in cui gli elettrodi possono essere rivestiti da sali mentre i loro omologhi americani si concentreranno sull'uso di leghe con le quali si spera che la corrosione catodica possa essere inibita.

Dall'inizio del 2021, ricercatori delle due aree di ricerca di primo livello JGU SusInnoScience e M ³ ODEL ha lavorato insieme al progetto ECHELON, per il quale la Fondazione Carl Zeiss sta fornendo un finanziamento di circa 2 milioni di euro. "L'obiettivo è quello di ottenere una migliore comprensione della teoria alla base dei processi che si verificano durante l'elettrolisi. A questo scopo, stiamo combinando aspetti dei due importanti campi della chimica quantistica e della modellazione multiscala, " ha detto Waldvogel. "La chimica quantistica ci permette di calcolare le reazioni chimiche al catodo, mentre la modellazione multiscala ci consente di mappare teoricamente il movimento e la concentrazione degli ioni nel fluido che circonda il catodo, " ha concluso.