Consideralo come un riciclaggio su scala nanometrica:un processo elettrochimico allettante in grado di raccogliere il carbonio prima che diventi inquinamento atmosferico e ristrutturarlo nei componenti dei prodotti di uso quotidiano.
Il tentativo di catturare l'anidride carbonica presente nell'aria dai rifiuti industriali e trasformarla in carburante e plastica sta guadagnando slancio dopo che un team di ricercatori della McMaster University, che lavora con esperti di chimica computazionale presso l'Università tecnica danese di Copenaghen, ha scoperto esattamente come funziona il processo e dove si impantana.
Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
I ricercatori si sono proposti di risolvere il motivo per cui i materiali sintetici che hanno dimostrato di catalizzare e convertire l'anidride carbonica si decompongono troppo rapidamente perché il processo possa essere pratico a livello industriale.
Utilizzando apparecchiature di ingrandimento estremamente potenti presso il Centro canadese di microscopia elettronica (CCEM), che ha sede nel campus di McMaster, i ricercatori sono stati in grado di catturare la reazione chimica su scala nanometrica, miliardesimi di metro, consentendo loro di studiare sia il processo di conversione che di comprendere come il catalizzatore si rompe in condizioni operative.
L'autore principale Ahmed Abdellah ha trascorso anni a sviluppare le tecniche che hanno reso possibile osservare il processo, utilizzando un reattore elettrochimico abbastanza piccolo da funzionare sotto i microscopi elettronici al centro.
"È emozionante per noi che questa sia la prima volta che qualcuno sia in grado di osservare sia le forme di queste strutture che le loro strutture cristalline, per vedere come si evolvono su scala nanometrica", afferma Abdellah, ex Ph.D. studente nel laboratorio di ingegneria chimica di Drew Higgins e ora ricercatore post-dottorato presso il CCEM.
Higgins, uno degli autori dell'articolo, spera che le nuove informazioni facilitino lo sforzo globale per ridurre l'inquinamento da carbonio allontanando l'anidride carbonica dai flussi di rifiuti e riciclandola invece per creare prodotti utili che altrimenti sarebbero ottenuti da combustibili fossili.
"Quello che abbiamo scoperto è che i catalizzatori che possono convertire l'anidride carbonica in combustibili e sostanze chimiche si ristrutturano abbastanza rapidamente in condizioni operative. Le loro strutture cambiano e le loro proprietà cambiano, proprio davanti ai nostri occhi", dice Higgins. “Ciò determina quanto sono efficienti nel convertire l’anidride carbonica e quanto tempo durano. I catalizzatori alla fine si degradano e smettono di funzionare e noi vogliamo sapere perché lo fanno e come lo fanno in modo da poter sviluppare strategie per migliorare la loro vita operativa. "
Abdellah, Higgins e i loro colleghi sperano che loro e altri ricercatori in tutto il mondo possano utilizzare i risultati della ricerca descritti nel nuovo articolo per far durare più a lungo i materiali reattivi e catalizzare il processo in modo più efficiente, per consentire l’ampliamento del processo in laboratorio per uso commerciale.
Industrie come la produzione di cemento, la produzione di birra e la distillazione, così come le raffinerie chimiche, producono elevati volumi di anidride carbonica facilmente recuperabile, spiega Higgins, rendendoli probabilmente i primi obiettivi per l’implementazione della tecnologia una volta che sarà migliorata al punto in cui sarà commercialmente fattibile. .
Altre forme meno concentrate di CO2 nei rifiuti industriali verrebbe dopo.
Anche se oggi è una possibilità remota, Higgins afferma che è possibile che la stessa tecnologia possa diventare sufficientemente efficiente e stabile da estrarre l'anidride carbonica dall'aria ambiente come "materia prima" per carburante e sostanze chimiche utili.
"Siamo ancora un po' lontani, ma negli ultimi cinque anni circa i progressi in questo campo di ricerca e sviluppo sono stati molto rapidi", afferma Higgins. "Dieci anni fa la gente non pensava a questo tipo di conversione, ma ora cominciamo a vedere risultati promettenti. Efficienza e durata, però, non sono ancora abbastanza elevate. Una volta rimossi questi colli di bottiglia, questa idea può davvero decollare."
Ulteriori informazioni: Ahmed M. Abdellah et al, Impatto della conversione dell'idruro di palladio/palladio sulla riduzione elettrochimica della CO2 tramite microscopia elettronica a trasmissione in situ e diffrazione, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45096-3
Fornito dalla McMaster University
