Il grande pubblico conosce il composto chimico dell'anidride carbonica come gas serra nell'atmosfera e per il suo effetto di riscaldamento globale. Però, l'anidride carbonica può anche essere una materia prima utile per le reazioni chimiche. Un gruppo di lavoro del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha ora riferito di questa insolita applicazione nel ChemSusChem rivista. Stanno usando l'anidride carbonica come materia prima per produrre grafene, un materiale tecnologico che è attualmente oggetto di intenso studio.

La combustione di combustibili fossili come carbone e petrolio produce energia per l'elettricità, calore e mobilità, ma porta anche ad un aumento della quantità di anidride carbonica nell'atmosfera e quindi al riscaldamento globale. Tagliare questa catena causale è ciò che motiva gli scienziati a cercare fonti energetiche alternative ma anche usi alternativi dell'anidride carbonica. Una possibilità potrebbe essere quella di vedere l'anidride carbonica come una materia prima poco costosa per la sintesi di materiali di valore, reimmettendolo nel ciclo di riutilizzabilità, forse anche in modo redditizio.

Un esempio può essere trovato in natura. Durante la fotosintesi nelle foglie delle piante, la combinazione di luce, acqua e anidride carbonica creano biomassa, chiudendo il ciclo naturale della materia. In questo processo, è compito dell'enzima a base metallica RuBisCo assorbire l'anidride carbonica dall'aria e renderla utilizzabile per le ulteriori reazioni chimiche nell'impianto. Ispirato da questa conversione naturale a base di enzimi metallici, i ricercatori del KIT stanno ora presentando un processo in cui l'anidride carbonica, gas serra insieme al gas idrogeno, viene convertita direttamente in grafene a temperature fino a 1000 gradi Celsius con l'aiuto di preparati appositamente, superfici metalliche cataliticamente attive.

Il grafene è la forma bidimensionale dell'elemento chimico carbonio, che ha interessanti proprietà elettriche ed è quindi un'opzione per nuovi futuri componenti elettronici. La sua scoperta e praticabilità nel 2004 ha portato in tutto il mondo, ricerca intensiva e guadagnato gli scopritori, André Geim e Konstanin Novoselov, il Premio Nobel per la Fisica nel 2010. I due hanno rimosso manualmente il grafene da un blocco di grafite usando del nastro adesivo.

Diversi gruppi di lavoro del KIT hanno collaborato per presentare un metodo sulla rivista ChemSusChem per separare il grafene dall'anidride carbonica e dall'idrogeno mediante un catalizzatore metallico. "Se la superficie metallica mostra il corretto rapporto di rame e palladio, la conversione dell'anidride carbonica in grafene avverrà direttamente in un semplice processo in un'unica fase, " spiega il capo dello studio, Professor Mario Ruben, dal gruppo di lavoro Molekulare Materialien presso l'Institute of Nanotechnology (INT) e l'Institute for Inorganic Chemistry (AOC) presso il KIT. In ulteriori esperimenti i ricercatori sono stati persino in grado di produrre grafene di diversi strati di spessore, che potrebbe essere interessante per possibili applicazioni in batterie, componenti elettronici o materiali filtranti. Il prossimo obiettivo di ricerca del gruppo di lavoro è quello di formare componenti elettronici funzionanti dal grafene così ottenuto. I materiali di carbonio come il grafene e le molecole magnetiche potrebbero essere gli elementi costitutivi dei futuri computer quantistici, che consentono calcoli ultraveloci ed efficienti dal punto di vista energetico ma non si basano sulla logica binaria dei computer di oggi.