Scoperto un percorso efficace per convertire l’anidride carbonica in etilene
Un team di ricerca del Caltech e della UCLA Samueli School of Engineering ha dimostrato un modo promettente per convertire in modo efficiente l’anidride carbonica in etilene, una sostanza chimica importante utilizzata per produrre plastica, solventi, cosmetici e altri importanti prodotti a livello globale.
“Siamo sull’orlo dell’esaurimento dei combustibili fossili, insieme alle sfide del cambiamento climatico globale“, ha detto Yu Huang, co-autore dello studio e professore di scienza dei materiali e ingegneria alla UCLA. “Lo sviluppo di materiali in grado di trasformare in modo efficiente i gas a effetto serra in combustibili a valore aggiunto e materie prime chimiche è un passaggio fondamentale per mitigare il riscaldamento globale, allontanandosi dall’estrazione di combustibili fossili sempre più limitati”.
Attualmente, l’etilene ha una produzione annuale globale di 158 milioni di tonnellate. Gran parte di questo viene trasformato in polietilene, che viene utilizzato negli imballaggi di plastica. L’etilene viene elaborato da idrocarburi, come il gas naturale.
“L’idea di utilizzare il rame per catalizzare questa reazione esiste da molto tempo, ma la chiave è accelerare la velocità in modo che sia abbastanza veloce per la produzione industriale“, ha detto William A. Goddard III, co-autore dello studio e Charles e Mary Ferkel del Caltech, professori di chimica, scienza dei materiali e fisica applicata. “Questo studio mostra un solido percorso verso quel marchio, con il potenziale per trasformare la produzione di etilene in un’industria più verde utilizzando CO2 che altrimenti finirebbe nell’atmosfera“.
L’utilizzo del rame per avviare la riduzione dell’anidride carbonica (CO2) nella reazione dell’etilene (C2H4) ha subito due attacchi contro di essa. Innanzitutto, la reazione chimica iniziale ha prodotto anche idrogeno e metano, entrambi indesiderabili nella produzione industriale. In secondo luogo, i precedenti tentativi che hanno portato alla produzione di etilene non sono durati a lungo, con l’efficienza di conversione che si è ridotta man mano che il sistema continuava a funzionare.
Per superare questi due ostacoli, i ricercatori si sono concentrati sulla progettazione dei nanofili di rame con “gradini” altamente attivi, simili a una serie di scale disposte su scala atomica. Una scoperta interessante di questo studio collaborativo è che questo modello attraverso le superfici dei nanofili è rimasto stabile nelle condizioni di reazione, contrariamente alla convinzione generale che queste caratteristiche ad alta energia si appianerebbero. Questa è la chiave sia per la durata del sistema che per la selettività nella produzione di etilene, invece di altri prodotti finali.
Il team ha dimostrato un tasso di conversione dell’anidride carbonica in etilene superiore al 70%, molto più efficiente rispetto ai progetti precedenti, che producevano almeno il 10% in meno nelle stesse condizioni. Il nuovo sistema ha funzionato per 200 ore, con piccoli cambiamenti nell’efficienza di conversione, un grande passo avanti per i catalizzatori a base di rame. Inoltre, la comprensione completa della relazione struttura-funzione ha illustrato una nuova prospettiva per progettare un catalizzatore di riduzione della CO2 altamente attivo e durevole in azione.
