Catalizzatore per il metanolo sostenibile

L'economia globale si basa ancora su fonti di carbonio fossile come il petrolio, il gas naturale e il carbone. Questo non solo per la produzione di carburanti e combustibili, ma anche come materia prima per l'industria chimica per la produzione di plastica e numerosi altri composti chimici. Sebbene da tempo si cerchi di produrre carburanti liquidi e prodotti chimici da materie prime alternative e sostenibili, queste non sono ancora andate oltre le applicazioni di nicchia.

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo, in collaborazione con la compagnia petrolifera francese Total, hanno sviluppato una nuova tecnologia che permette di produrre metanolo in modo efficiente direttamente dalla CO₂ e idrogeno. Il metanolo è considerato un prodotto chimico di base. Può essere utilizzato per produrre carburanti e un'ampia gamma di prodotti chimici, compresi quelli attualmente basati su materie prime fossili. Il metanolo ha anche il potenziale per essere utilizzato come combustibile, ad esempio nelle celle a combustibile a metanolo.

Nanotecnologia

Il cuore del nuovo approccio è un catalizzatore chimico a base di ossido di indio, sviluppato dal team guidato da Javier Pérez-Ramírez, professore di ingegneria della catalisi all'ETH di Zurigo. Già alcuni anni fa il team era riuscito a dimostrare sperimentalmente che l'ossido di indio è adatto a catalizzare la reazione chimica corrispondente. Già allora, il fatto che con questo catalizzatore si producesse praticamente solo metanolo e, ad eccezione dell'acqua, quasi nessun sottoprodotto, era molto promettente. Il catalizzatore si è dimostrato anche molto stabile. Tuttavia, l'ossido di indio non è risultato sufficientemente attivo come catalizzatore. Ciò significa che sono necessarie grandi quantità, motivo per cui non è possibile gestire un impianto economicamente redditizio con questo catalizzatore.

Gli scienziati sono riusciti ad aumentare significativamente l'attività del catalizzatore senza comprometterne la selettività e la stabilità. Per farlo, hanno aggiunto una piccola quantità di palladio all'ossido di indio. "Per essere più precisi, introduciamo singoli atomi di palladio nel reticolo cristallino dell'ossido di indio, che ancorano altri atomi di palladio alla sua superficie, formando così dei cluster importanti per le prestazioni del catalizzatore", spiega Cecilia Mondelli, scienziata del gruppo di Pérez-Ramírez. Si potrebbe quindi parlare di nanotecnologia, aggiunge Pérez-Ramírez. Il lavoro è un esempio di come la catalisi chimica sia diventata una nanotecnologia grazie a considerazioni teoriche e all'uso di moderne analisi.

Ciclo chiuso del carbonio

"Oggi il metanolo viene prodotto a livello industriale esclusivamente da fonti energetiche fossili, con conseguenti elevate emissioni di CO₂-L'impronta di carbonio", afferma il professore dell'ETH. "Con la nostra tecnologia, utilizziamo la CO₂ per la produzione di metanolo" Questo catalizzatore di CO₂ può essere estratto dall'aria o - cosa più semplice ed efficiente - dall'aria di scarico delle centrali elettriche a combustione. Anche se il metanolo viene utilizzato per sintetizzare i carburanti che poi vengono bruciati, la CO₂ e chiudere così il ciclo del carbonio.

Per produrre il secondo materiale di partenza, l'idrogeno, è necessaria l'elettricità. Se questa proviene da fonti rinnovabili come l'energia eolica, solare o idraulica, può essere utilizzata per produrre metanolo sostenibile e quindi prodotti chimici e combustibili liquidi sostenibili, come sottolineano gli scienziati.

Rispetto ad altri approcci attualmente perseguiti per produrre carburanti "verdi", questo metodo ha il grande vantaggio di essere vicino alla maturità del mercato, afferma Pérez-Ramírez. L'ETH di Zurigo e Total hanno presentato congiuntamente l'iscrizione di un brevetto per questa tecnologia. Total prevede di scalare il metodo e possibilmente di realizzarlo in un impianto dimostrativo nei prossimi anni.