I ricercatori sperano di produrre la materia prima metanolo ai margini di un campo o in azienda utilizzando energia rinnovabile. Oltre al vento o al sole, anche l'acqua e la CO2 sarebbero necessari per produrre le materie prime per il processo del metanolo verde:monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2 ), che reagiscono cataliticamente per formare metanolo.
Ciò è reso possibile da un nuovo catalizzatore sviluppato a Rostock. Un processo basato su questo fa completamente a meno delle materie prime fossili. Ed è altamente selettivo e non produce praticamente alcun sottoprodotto.
Il catalizzatore è a base di manganese, come spiega Gordon Neitzel dell'Istituto Leibniz per la catalisi (LIKAT):"L'atomo di metallo costituisce il centro catalitico. È fissato e protetto da una sorta di impalcatura, il cosiddetto ligando."
Nell'ambito del suo dottorato, Gordon Neitzel ha ottimizzato la struttura molecolare di questo legante e ha dato, per così dire, gli ultimi ritocchi al complesso catalitico. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista ChemCatChem .
Il lavoro fa parte della rete di ricerca E4MeWi. L'abbreviazione sta per "Energie-Effiziente Erneuerbare Energien basierte Metanolo-Wirtschaft" (Economia del metanolo basata sull'energia rinnovabile ad alta efficienza energetica). I partner del progetto sono CreativeQuantum GmbH a Berlino, Ineratec GmbH a Karlsruhe, Università della Ruhr a Bochum e Bitterfeld-Wolfen Chemical Park.
"Un'economia climaticamente neutra, come mira la Repubblica federale di Germania entro il 2045, ha bisogno anche di prodotti chimici di base", ha affermato Gordon Neitzel.
Il metanolo è necessario, ad esempio, per la plastica e le resine, che vengono utilizzate ovunque, dall'industria dei mobili all'industria automobilistica. La produzione di metanolo, attualmente pari a 110 milioni di tonnellate all’anno in tutto il mondo, avviene tradizionalmente con gas naturale, a pressioni elevate comprese tra 50 e 100 bar e temperature comprese tra 200 e 300°C, a seconda del processo. Per ogni tonnellata di metanolo, gli enormi impianti emettono una tonnellata e mezza di anidride carbonica. Tutto questo non ha futuro.
Il progetto E4MeWi mira a fornire un'alternativa al processo convenzionale. Il suo elemento centrale è il catalizzatore, che consente H2 e CO per reagire in uno stato disciolto per produrre metanolo. Il monossido di carbonio viene prima estratto dalla CO2 .
Il catalizzatore al manganese utilizzato a tale scopo è stato originariamente sviluppato presso la LIKAT nel gruppo di ricerca guidato dalla Dott.ssa Kathrin Junge e dal Prof. Dott. Matthias Beller. Consente un processo completamente nuovo che dimezza la pressione e la temperatura necessarie per la produzione di metanolo.
Inoltre, il processo non richiede materie prime fossili, il che rende il catalizzatore un elemento chiave del futuro CO2 - e un’economia circolare a impatto climatico zero. Soprattutto perché il metanolo, prodotto in modo ecologico, è adatto anche come mezzo di stoccaggio chimico per l'idrogeno, una delle speranze della transizione energetica.
I partecipanti al progetto E4MeWi immaginano un impianto delle dimensioni di un container che utilizzi le risorse locali per la creazione di valore sostenibile praticamente ai margini del campo, nella fattoria o nell'aia:energia eolica e solare, CO2 emissioni da fonti puntuali e da biogas, rifiuti di plastica o rifiuti di legno. CO2 e l'acqua vengono inizialmente combinati per produrre gas di sintesi, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, che viene convertita in metanolo utilizzando il nuovo catalizzatore.
Gordon Neitzel ha ottimizzato in modo significativo il noto catalizzatore al manganese sviluppando nuove strutture per il ligando che circonda in modo protettivo il centro cataliticamente attivo. "Senza questo guscio, il monossido di carbonio attaccherebbe l'atomo di manganese al centro del catalizzatore e distruggerebbe il composto complesso." Questo lavoro ha ora raddoppiato la velocità di reazione nella produzione di metanolo.
Ciò avvicina i partner del progetto a un impianto economicamente sostenibile. Dopotutto, anche questo rientra nell'obiettivo di una produzione così decentralizzata:creare un mercato completamente nuovo per il commercio del metanolo e quindi promuovere processi di trasformazione economica.
Ulteriori informazioni: Gordon Neitzel et al, Un catalizzatore a pinza al manganese migliorato per l'idrogenazione a bassa temperatura del monossido di carbonio in metanolo, ChemCatChem (2023). DOI:10.1002/cctc.202301053
Fornito da Leibniz Institute for Catalysis
