Trasformare la CO2 in aceto con un catalizzatore intelligente

I ricercatori hanno creato un catalizzatore in grado di trasformare l’anidride carbonica in acido acetico, un additivo chimico e alimentare estremamente utile.

I ricercatori australiani, statunitensi e giapponesi, che hanno pubblicato la loro ricerca su Nature Communications, affermano che il loro metodo punta a un modo scalabile per trasformare le emissioni di anidride carbonica in materiali utili.

C'è una domanda mondiale di circa 6,5 ​​milioni di tonnellate di acido acetico ogni anno, per realizzare una gamma di prodotti tra cui prodotti farmaceutici, vinilici, tessili e cosmetici.

È anche il componente principale dell'aceto e viene spesso utilizzato come conservante alimentare.

Nell'industria alimentare, l'acido acetico viene prodotto principalmente mediante fermentazione, ma in altri settori viene prodotto da combustibili fossili, rilasciando nel processo emissioni di gas serra. Per funzionare, la produzione normalmente necessita anche di metalli preziosi costosi come cobalto, iridio e rodio.

Ora questo team ha capito come produrre acido acetico da anidride carbonica e idrogeno, utilizzando il ferro (più economico) come catalizzatore.

Inoltre, il catalizzatore di ferro rimane solido per l'intera reazione, il che significa che il processo non necessita di attrezzature ed energia aggiuntive per purificare l'acido acetico una volta prodotto.

"Dalla teoria sapevamo che il ferro dovrebbe essere un buon candidato per catalizzare questa reazione, ma la sfida è mantenerlo stabile in condizioni di acqua acida", afferma il professore associato Akshat Tanksale, autore senior dello studio, ingegnere chimico presso la Monash University.

La produzione di acido acetico produce, ovviamente, acido disciolto in acqua.

"Come è noto, il ferro arrugginisce – si ossida - nell'acqua, mentre noi volevamo che rimanesse almeno parzialmente nella forma metallica", spiega Tanksale.

La soluzione dei ricercatori è stata quella di utilizzare una struttura metallo-organica (MOF): una sostanza composta da atomi metallici (in questo caso ferro), legati con ponti a base di carbonio, formando una sorta di spugna con fori delle dimensioni di una molecola.

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Hanno quindi riscaldato il MOF, consentendo ad alcuni atomi di ferro di fondersi insieme e formare particelle di pochi nanometri, incorporate in uno strato poroso di carbonio.

Il catalizzatore risultante potrebbe produrre acido acetico (CH3COOH) da CO2 e idrogeno (H2) in modo molto efficiente.

Tanksale afferma che il suo team ha impiegato più di un anno, con alcuni tentativi ed errori, per arrivare a questo catalizzatore.

"Abbiamo iniziato a lavorare a questo progetto all'inizio della pandemia di COVID-19 nel 2020, quindi al mio personale di ricerca e agli studenti non era permesso entrare in laboratorio tutti i giorni e dovevano lavorare da soli a turni", afferma.

"Ci sono voluti altri 18 mesi per fornire prove definitive di come funziona questo catalizzatore a livello molecolare, dovendo affrontare una serie di periodi di blocco a Melbourne."

Il catalizzatore è più economico di quelli attualmente utilizzati e i ricercatori stanno lavorando per commercializzarlo.

Il collo di bottiglia, dice Tanksale, non è il catalizzatore in sé ma le materie prime: CO2 e idrogeno.

"Sebbene siano facilmente disponibili oggi, il loro costo è significativamente più elevato se derivano da fonti verdi", afferma.

"Per ottenere i veri benefici della nostra tecnologia, ovvero per ottenere emissioni di carbonio negative, l'anidride carbonica deve essere catturata dall'aria e l'idrogeno deve essere prodotto dall'acqua utilizzando energia rinnovabile (idrogeno verde).

"Queste tecnologie abilitanti devono ancora raggiungere il loro pieno potenziale commerciale."

Originariamente pubblicato da Cosmos come Prendere l'anidride carbonica dall'atmosfera e trasformarla in aceto

Ellen Phiddian è una giornalista scientifica presso Cosmos. Ha conseguito una laurea (con lode) in chimica e comunicazione della scienza e un master in comunicazione della scienza, entrambi presso l'Australian National University.

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