I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo di cattura e conversione della CO2 che permette di trasformare le emissioni direttamente in combustibile

Quella di catturare la CO2, isolarla e convertirla in prodotti utili è un’impresa che impegna gli scienziati di tutto il mondo da diversi anni: trovare un modo efficace per eliminare dall’atmosfera un po’ dei gas serra che contribuiscono al riscaldamento globale è infatti sempre più urgente, di fronte alla concreta minaccia di un collasso di pozzi di carbonio fondamentali come gli oceani.

Il problema è che i sistemi di cattura e conversione del carbonio si sono rivelati molto dispendiosi dal punto di vista energetico, cosa che ha ostacolato fino a oggi una loro implementazione su scala industriale.

Un nuovo studio internazionale, però, illustra un nuovo metodo di cattura e conversione che permetterebbe, in un unico passaggio, di trasformare la CO2 direttamente in metano – proponendo un sistema che dimostra di avere il potenziale per chiudere il ciclo del carbonio.

Atomi di nichel per la conversione della CO2

Un team di ricerca internazionale ha sviluppato un innovativo metodo per catturare l’anidride carbonica e convertirla in metano, aprendo la strada a uno scenario che soltanto pochi anni fa era decisamente impensabile: in un futuro non troppo lontano, le emissioni di CO2 potrebbero essere catturate e trasformate in nuovo combustibile utilizzando energia elettrica ottenuta da fonti rinnovabili.

I tradizionali sistemi di cattura, spiegano i ricercatori, puntano a ridurre la presenza di carbonio dall’atmosfera isolando la CO2 dagli altri gas presenti nell’aria e convertendola in composti chimici di valore (come etanolo e acido acetico) e altri prodotti utili. Tuttavia questi processi sono difficili da implementare su scala industriale a causa dell’enorme quantità di energia necessaria per il loro funzionamento.

Una possibile soluzione potrebbe provenire, quasi inaspettatamente, dal nichel. Questo diffuso metallo, la cui estrazione e lavorazione comportano circa 13 tonnellate di emissioni per tonnellata di prodotto (45 se si tratta di ferro nichel), sembrerebbe essere uno dei catalizzatori più promettenti per le tecnologie di conversione della CO2.

Nel 2018 gli scienziati dell’Università di Harvard scoprirono che usare singoli atomi di nichel dispersi in nanostrutture di grafene permetteva di superare le limitazioni legate all’uso del metallo in altra forma e dare vita a reazioni molto efficienti per la conversione della CO2 in CO, attirando l’attenzione della comunità scientifica sulle possibili applicazioni del nichel come catalizzatore.

L’ultimo studio, pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, mostra che utilizzando uno speciale catalizzatore a base di nichel è possibile convertire la CO2 direttamente in metano, risparmiando gran parte dell’energia richiesta nei processi di conversione classici.

Trasformare l’anidride carbonica in metano: lo studio

Nello studio guidato da Tomaz Neves-Garcia, ricercatore post-dottorato in chimica e biochimica presso la Ohio State University, gli scienziati hanno utilizzato atomi di nichel disposti su una superficie elettrificata per convertire direttamente il carbammato, cioè la forma catturata dell’anidride carbonica, in metano. Così facendo hanno scoperto che gli atomi di nichel sono un catalizzatore molto efficiente non soltanto per la riduzione della CO2 in CO, ma anche per reazioni d’altro tipo.

Come si legge nello studio, si tratta del primo esempio di conversione elettrochimica diretta del carbammato in CH4 – un esempio che fornisce nuove importanti indicazioni sul potenziale di cattura e conversione integrata della CO2 direttamente in idrocarburi:

“Ciò che rende questo processo così interessante è che altri catturano, recuperano e poi convertono l’anidride carbonica in fasi successive, mentre noi risparmiamo energia eseguendo queste fasi contemporaneamente”,

ha spiegato Neves-Garcia.

Snellire il processo di cattura del carbonio aiuta a ridefinire le conoscenze degli scienziati sul ciclo del carbonio, ed è un passo fondamentale per sviluppare tecnologie di mitigazione del clima più rapide ed efficienti.

“Dobbiamo concentrarci sul minor dispendio di energia possibile per la cattura e la conversione del carbonio. Quindi, invece di eseguire tutte le fasi di cattura e conversione in modo indipendente, possiamo combinarle in un’unica fase, evitando processi dispendiosi”,

ha aggiunto il primo autore dello studio.

Cattura e conversione del carbonio: l’obiettivo è risparmiare energia

Sebbene negli ultimi anni siano stati fatti molti tentativi per convertire la CO2 catturata dall’atmosfera in prodotti utili, la maggior parte degli studi in questo campo si ferma a mostrare la capacità di produrre monossido di carbonio, con cui poi vengono sintetizzati idrocarburi catena lunga di alto valore. Riuscire a produrre metano direttamente dall’anidride carbonica catturata potrebbe significare cambiare le regole del gioco:

“Il metano può essere un prodotto davvero interessante, ma la cosa più importante è che questo apre la strada allo sviluppo di altri processi per convertire la CO2 catturata in altri prodotti”,

spiega il ricercatore dell’Ohio State University.

La conversione della CO2 in combustibile effettuata usando elettricità da fonti rinnovabili ha il potenziale per chiudere il ciclo del carbonio: l’anidride carbonica emessa durante la combustione del metano potrebbe essere catturata e riconvertita in metano, realizzando un ciclo continuo di produzione di energia che non aumenti il carico di riscaldamento globale della Terra.

In futuro, il team prevede di continuare a esplorare nuove alternative chimiche per l’energia pulita, per contribuire a ispirare la creazione di una varietà di percorsi sostenibili per la cattura del carbonio.

“Si torna sempre alla questione dell’energia: c’è molta eccitazione per il futuro di questo campo di ricerca. L’obiettivo resta quello di risparmiare più energia”,

conclude Neves-Garcia.

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