L'anno scorso, l'uomo ha emesso nell'atmosfera circa 37 miliardi di tonnellate di anidride carbonica, una cifra disastrosa e insostenibile. Per evitare i peggiori effetti del cambiamento climatico, potremmo catturare parte di quel carbonio rilasciato dalle centrali elettriche e immagazzinarlo permanentemente sotto terra. Meglio ancora, parte di quell'anidride carbonica di scarto potrebbe essere convertita in sostanze chimiche utili o carburante.

Questi processi sono noti rispettivamente come "cattura e stoccaggio del carbonio" e "utilizzo dell'anidride carbonica", ed entrambi richiedono grandi quantità di materie prime. Come esempio, la cattura del carbonio può comportare emissioni in esecuzione su alcuni metalli, che poi reagisce con (e quindi cattura) la CO₂ prima di trasformarla in una sostanza diversa che può essere immagazzinata o riutilizzata.

Per intaccare il cambiamento climatico, la quantità di metallo richiesta sarebbe enorme. Per esempio, se 1 grammo di metallo, in un catalizzatore metallico, potrebbe catturare 100 grammi di emissioni di anidride carbonica a base di carbone (uno scenario ottimistico), circa 1,5 milioni di tonnellate di questo metallo ridurrebbero le emissioni globali solo dello 0,4%.

Così, anche se mantenere il carbonio fuori dall'atmosfera è importante, è altrettanto importante farlo in modo ecologico e sostenibile. Se vengono mai utilizzate grandi quantità di un metallo per ridurre significativamente le emissioni di carbonio, deve avere un approvvigionamento sostenibile in modo che le riserve non vengano esaurite.

Purtroppo, molte tecnologie sembrano essere in definitiva insostenibili. Ad esempio, un recente studio di un team di scienziati giapponesi, evidenziato dalla Royal Society of Chemistry, ha descritto come un catalizzatore a base di renio metallico converte l'anidride carbonica in monossido di carbonio. Il monossido di carbonio è utile in quanto può essere utilizzato per formare sostanze chimiche e combustibili come idrogeno e metanolo.

Il catalizzatore è infatti estremamente attivo e può lavorare con anidride carbonica a bassissime concentrazioni, ma il sistema non è ancora ideale. Il renio è molto raro:si trova soprattutto in Cile e Kazakistan, si stima che abbia un'abbondanza di meno di 10 parti per miliardo nella crosta terrestre (equivalente a 0,000001%). Per metterlo in prospettiva, l'alluminio è 8 milioni di volte più abbondante e rappresenta circa l'8% della crosta terrestre.

Il renio stesso viene utilizzato principalmente per realizzare pale di turbine nei motori a reazione degli aerei. Se questo metallo fosse impiegato per affrontare il cambiamento climatico a livello globale, le risorse diminuirebbero e il suo prezzo aumenterebbe. Ciò avrebbe un effetto a catena sulla produzione industriale.

La sua scarsa abbondanza significa anche che produrre questo catalizzatore sarebbe costoso. È quindi improbabile che venga perseguito un modello di business globale per l'utilizzo mondiale dell'anidride carbonica a base di renio.

In un altro studio, un team di ricerca americano ha creato un catalizzatore di rutenio che potrebbe trasformare l'anidride carbonica dall'aria nel metanolo del carburante. Però, il rutenio è anche incredibilmente raro, e probabilmente incontrerebbe gli stessi problemi di disponibilità e di costo.

Conversione sostenibile dell'anidride carbonica

Fortunatamente, è possibile sviluppare catalizzatori più sostenibili e rispettosi dell'ambiente. Questo si lega ai principi della "chimica verde" che esiste dagli anni '90 ed è andata sempre più rafforzandosi.

Sono uno dei numerosi ricercatori in tutto il mondo che utilizzano relativamente abbondanti, e quindi più sostenibile, metalli per la conversione dell'anidride carbonica. I colleghi e ho recentemente sviluppato un catalizzatore di alluminio, ad esempio. Ha senso utilizzare l'alluminio in quanto è uno dei metalli più abbondanti nella crosta terrestre e ha mostrato risultati promettenti nell'utilizzo dell'anidride carbonica.

Questo catalizzatore può convertire l'anidride carbonica in carbonati ciclici, prodotti di valore commerciale utilizzati nelle batterie, prodotti farmaceutici e polimeri. Il catalizzatore può anche essere "rigenerato" una volta esaurita la sua reattività e può essere riutilizzato più volte.

Abbondanza vs reattività

Ma non è sempre facile usare metalli più abbondanti e ammetto di essermi dilettato nell'usare metalli meno sostenibili. Questi includono cromo, una forma tossica di cui è stato oggetto il film "Erin Brockovich, " e platino, un altro metallo che si stima rappresenti meno dello 0,000001% della crosta terrestre.

Ho usato questi metalli rari perché la sostenibilità non è sempre un sostituto della reattività. Differenze chimiche fondamentali tra elementi rari e abbondanti significano che la semplice sostituzione non creerà necessariamente un catalizzatore. Per esempio, i miei colleghi hanno scoperto che in alcuni casi il cromo era più reattivo dell'alluminio nella formazione di carbonati ciclici.

La ricerca sui metalli rari è ancora un'area interessante da esplorare e porterà a nuove scoperte chimiche che i metalli abbondanti non potrebbero produrre. L'impressionante attività catalitica dei catalizzatori renio e rutenio non deve essere ignorata.

L'enorme problema del cambiamento climatico, tuttavia, significa che dobbiamo essere più realistici e premurosi quando si tratta di progettare catalizzatori per applicazioni industriali su larga scala. Questo non è affatto un'impresa facile.

Certo, il solo utilizzo di abbondanti materiali naturali non renderà necessariamente i nostri metodi più ecologici. Una vera valutazione della sostenibilità è difficile e comporta una valutazione complessa dell'intero processo, compresi fattori come le materie prime utilizzate, energia necessaria, costi operativi e risparmio di carbonio.

In definitiva, dobbiamo indirizzare maggiori sforzi verso una riduzione sostenibile del cambiamento climatico il prima possibile. Come ha affermato David Attenborough al recente vertice COP24 in Polonia:"Se non agiamo, il crollo delle nostre civiltà, e l'estinzione di gran parte del mondo naturale, è all'orizzonte».

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.