La crescente domanda di energia e la necessità di ridurre le emissioni di carbonio rappresentano sfide cruciali per la società moderna. La dipendenza dai combustibili fossili non solo contribuisce al cambiamento climatico, ma pone anche problemi legati alla sostenibilità delle risorse. In questo contesto, la ricerca scientifica è costantemente alla ricerca di soluzioni innovative per produrre non solo energia pulita, ma anche carburante green, cioè prodotto “usando” luce, acqua e CO2. A tal riguardo, un team di ricercatori dell’Università di Cambridge e dell’Università della California-Berkeley ha sviluppato un dispositivo rivoluzionario che potrebbe cambiare il modo in cui produciamo carburanti e sostanze chimiche. Un dispositivo a base di minuscoli “nanofiori” di rame e una foglia artificiale ad alta efficienza.
Nanofiori di rame e una foglia artificiale per produrre carburante green
Grazie a una foglia artificiale realizzata con perovskite (un materiale altamente efficiente per la conversione della luce solare) e un catalizzatore a base di nanofiori di rame, i ricercatori di queste due Università sono riusciti a realizzare un dispositivo che produce carburante utilizzando solo CO₂, acqua e glicerolo, senza emissioni di carbonio aggiuntive.
Ma facciamo un passo indietro. Anni prima questi ricercatori avevano avviato uno studio sulle foglie artificiali, dei nanodispositivi capaci di produrre carburante green, come bioetanolo e propanolo, usando solo luce, acqua e CO2. Questa tecnologia prendeva ispirazione dalla fotosintesi delle piante: attraverso processi fotosintetici simili a quelli che avvengono in natura, e tramite la scissione dell’acqua, la loro innovazione era già in grado all’epoca di produrre dei combustibili ecologici attraverso l’anidride carbonica.
Ma non bastava. “Volevamo andare oltre la riduzione di base dell’anidride carbonica e produrre idrocarburi più complessi, ma ciò richiede molta più energia“, ha detto il dottor Virgil Andrei del Dipartimento di Chimica Yusuf Hamied di Cambridge, autore principale dello studio pubblicato su Nature Catalysis.
Nuovi elettrodi per ossidare il glicerolo
Per migliorare ulteriormente l’efficienza e superare i limiti energetici della scissione dell’acqua, il team ha aggiunto recentemente alla sua innovazione degli elettrodi di nanofili di silicio capaci di ossidare il glicerolo. Il glicerolo, solitamente considerato un prodotto di scarto, assume un ruolo cruciale in questo processo. Oltre a migliorare la velocità della reazione, consente la produzione di composti di alto valore come glicerato, lattato e formiato, utilizzati nei settori farmaceutico, cosmetico e chimico.
Infatti, grazie a questi elettrodi per ossidare il glicerolo, il dispositivo è ora in grado di produrre idrocarburi in modo molto più efficiente: “200 volte meglio” dei precedenti sistemi di scissione dell’acqua e dell’anidride carbonica, secondo i ricercatori.
Il risultato finale è un dispositivo capace di formare molecole più complesse, rispetto a quelle prodotte dai catalizzatori metallici tradizionali, e quindi di produrre idrocarburi ancora più complessi, come etano ed etilene, fondamentali per la produzione di carburanti liquidi, sostanze chimiche e plastica.
Risultati e potenziali applicazioni
Attualmente, l’efficienza di questo dispositivo nella conversione della CO₂ in idrocarburi si attesta intorno al 10%, ma i ricercatori sono fiduciosi di poter migliorare ulteriormente le prestazioni attraverso l’evoluzione del design dei catalizzatori.
Questa tecnologia potrebbe aprire nuove strade per la produzione sostenibile di sostanze chimiche complesse, contribuendo alla transizione verso un’economia a zero emissioni di carbonio. Il team di ricerca prevede di estendere l’applicazione della piattaforma ad altre reazioni organiche complesse, esplorando nuove opportunità per la sintesi di materiali avanzati e la riduzione dell’impatto ambientale dei processi industriali.