Da prodotto di scarto a combustibile a basso costo: la scoperta di un gruppo di chimici
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un metodo innovativo per trasformare il biossido di carbonio in metanolo attraverso l’uso di elettricità e un nuovo tipo di catalizzatore , aprendo nuove prospettive per i processi catalitici e la produzione di combustibili alternativi . La ricerca, pubblicata su Nature Catalysis, mostra come il biossido di carbonio, un noto gas serra, possa essere convertito in metanolo, un combustibile liquido , con un’alta efficienza .
Il processo si basa sull’utilizzo di molecole di cobalto ftalocianina (CoPc), distribuite uniformemente su nanotubi di carbonio , che possiedono proprietà elettriche particolari. Questi tubi, simili al grafene, sono ricoperti da una soluzione elettrolitica. Facendo passare una corrente elettrica attraverso la soluzione, le molecole di CoPc ricevono elettroni necessari per convertire il biossido di carbonio in metanolo.
Per osservare le reazioni chimiche , i ricercatori hanno impiegato una tecnica speciale basata sulla spettroscopia in situ , che ha permesso di visualizzare per la prima volta come le molecole si trasformano in metanolo o in monossido di carbonio, quest’ultimo un prodotto non desiderato. Hanno scoperto che il percorso della reazione è determinato dall’ ambiente in cui avviene la reazione del biossido di carbonio.
Modificando questo ambiente, attraverso il controllo della distribuzione del catalizzatore CoPc sulla superficie dei nanotubi di carbonio, è stato possibile rendere il biossido di carbonio fino a otto volte più propenso a produrre metanolo. Questa scoperta potrebbe migliorare l’efficienza di altri processi catalitici e avere un impatto significativo su vari settori, come sottolineato da Robert Baker, co-autore dello studio e professore di chimica e biochimica alla Ohio State University.
Il metanolo, essendo un combustibile con alta densità energetica , è particolarmente desiderabile poiché può essere utilizzato direttamente come combustibile alternativo . La trasformazione di molecole di scarto in prodotti utili non è un fenomeno nuovo, ma fino ad ora, i ricercatori non erano in grado di osservare direttamente come avveniva la reazione, un’intuizione cruciale per ottimizzare e migliorare il processo.
Con l’ausilio di tecniche avanzate e modellazione computerizzata , il team di ricerca è riuscito a comprendere meglio il complesso processo. In particolare, hanno utilizzato un nuovo tipo di spettroscopia vibrionale che ha permesso di osservare il comportamento delle molecole sulla superficie.
Ulteriori analisi hanno rivelato che queste molecole interagivano direttamente con particelle cariche chiamate cationi , che potenziano la formazione di metanolo. Questa interazione è fondamentale per realizzare un metodo più efficiente per produrre metanolo, come indicato da Baker.
Oltre a essere un combustibile a basso costo per veicoli come aerei, automobili e imbarcazioni, il metanolo prodotto da elettricità rinnovabile potrebbe anche essere utilizzato per il riscaldamento e la generazione di energia, oltre a promuovere future scoperte chimiche.
Il lavoro di ricerca è supportato dalla National Science Foundation e dalla United States–Israel Binational Science Foundation (BSF) in collaborazione internazionale, e vede la partecipazione di Conor L. Rooney e Hailiang Wang dell’Università di Yale, Hadar Shema e Elad Gross dell’Università Ebraica, e Christina Zeng e Julien A. Panetier dell’Università di Binghamton.