Ricercatori dell’Università di Toronto, della facoltà di ingegneria, hanno sviluppato un nuovo catalizzatore che trasforma il carbonio catturato in prodotti di valore come etilene ed etanolo, mantenendo un’alta efficienza anche in presenza di contaminanti come gli ossidi di zolfo. Questa scoperta rappresenta un passo avanti verso metodi più economicamente sostenibili per la cattura e il miglioramento del carbonio, con potenziali applicazioni rivoluzionarie in settori come la produzione di acciaio e cemento, permettendo una trasformazione più efficace del CO2 dei flussi di scarto.
Il team di ricerca ha utilizzato elettrolizzatori per convertire CO2 ed elettricità in molecole a base di carbonio, che possono essere vendute come combustibili o utilizzate come materie prime chimiche per la produzione di oggetti di uso quotidiano, come la plastica. La reazione di conversione avviene quando gas di CO2, elettroni e un elettrolita liquido a base di acqua interagiscono sulla superficie di un catalizzatore solido, generalmente composto da rame, ma che può includere anche altri metalli o composti organici per migliorare l’efficienza del sistema.
Nonostante molti team globali abbiano sviluppato catalizzatori ad alte prestazioni, questi sono generalmente progettati per operare con un’alimentazione di CO2 pura. Tuttavia, il carbonio derivante da camini industriali è spesso lontano dall’essere puro, contenendo impurità come gli ossidi di zolfo, che possono avvelenare il catalizzatore riducendo drasticamente la sua efficienza.
Per affrontare questa sfida, il team ha progettato un catalizzatore più resistente, apportando due modifiche significative a un tipico catalizzatore a base di rame. Da un lato, hanno aggiunto uno strato sottile di politetrafluoroetilene (Teflon), un materiale antiaderente che modifica la chimica della superficie del catalizzatore, ostacolando le reazioni che facilitano l’avvelenamento da SO2. Dall’altro lato, hanno integrato uno strato di Nafion, un polimero conduttivo elettricamente utilizzato nelle celle a combustibile, che presenta una struttura porosa complessa con aree idrofiliche e idrofobiche, rendendo difficile per l’SO2 raggiungere la superficie del catalizzatore.
Anche in condizioni avverse, con una miscela di CO2 e SO2 a concentrazioni tipiche dei flussi di scarto industriali (circa 400 parti per milione), il nuovo catalizzatore ha mostrato ottime prestazioni. Il team ha riportato un’efficienza di Faraday del 50%, mantenuta per 150 ore, un risultato notevole considerando che altri catalizzatori possono perdere quasi completamente la loro efficienza in pochi minuti o ore se esposti a SO2.
Questa innovazione non solo offre una nuova via per gestire le impurità nei flussi di scarto, ma apre anche la strada a nuove possibilità per la cattura e l’aggiornamento del carbonio senza la necessità di rimuovere le impurità prima della trasformazione. Il team sta ora esplorando l’effetto di altre impurità comuni, come gli ossidi di azoto e l’ossigeno, ampliando ulteriormente il potenziale di questa tecnologia.