Come si può eliminare il problema del gas serra metano? Rompi uno dei legami più forti della natura

Nuova Delhi: sparando brevi lampi di raggi X su un catalizzatore metallico, gli scienziati sono stati in grado di scomporre il metano (CH4), uno dei gas serra più potenti, trasformandolo così in un composto meno pericoloso.

Per la prima volta, hanno osservato una teoria vecchia di 40 anni e hanno spiegato quali processi chimici intervengono nella scissione del legame carbonio-idrogeno (CH) utilizzando a malapena energia.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Science il 1° giugno, è stata condotta da scienziati dell'Università svedese di Uppsala in collaborazione con l'Istituto Paul Scherrer in Svizzera, l'Università di Stoccolma, l'Università di Amburgo e l'XFEL europeo, un impianto di ricerca sui laser a raggi X in Germania.

Il metano viene emesso nell’ambiente a un ritmo crescente a causa dell’allevamento degli animali e del continuo scioglimento del terreno ghiacciato in tutto il mondo.

Trasformarlo in composti meno pericolosi e, di fatto, benefici, eliminerebbe i relativi pericoli e fornirebbe sostanze chimiche utili come etanolo e metanolo.

Tuttavia, il processo richiede la fase iniziale di rottura del legame CH, uno dei legami chimici più forti presenti in natura.

Il motivo per cui il legame è così forte è perché l’atomo di idrogeno è molto più piccolo dell’atomo di carbonio, il che porta ad un’energia di legame più elevata. C'è una maggiore forza di attrazione a causa della minore distanza tra i nuclei di entrambi.

Quaranta anni fa, i ricercatori avevano scoperto che i catalizzatori metallici molecolari possono dividere i legami CH, dove un breve lampo di luce visibile era in grado di attivare il catalizzatore, abbattendo il composto del metano. Tuttavia, questo studio evidenzia come avvenga uno scambio di frazioni di elettroni, che non richiede drastici cambiamenti di temperatura o pressione.

"Ci sono quattro legami CH nel metano e se riusciamo a romperne solo uno, il composto può essere convertito in qualcosa di utile. Il normale costo energetico per rompere il legame è antieconomico. Ma con l'uso dell'energia luminosa, può essere rotto e convertito in altre sostanze chimiche utili come l'etanolo o il metanolo", ha detto a ThePrint Ambar Banerjee, autore principale dello studio.

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Il team ha utilizzato un catalizzatore di rodio posto in una soluzione ad alto contenuto di ottano, per eseguire esperimenti in una tecnica chiamata spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS). Hanno utilizzato due delle sorgenti di raggi X più potenti al mondo: il laser a raggi X SwissFEL e il sincrotrone a raggi X Swiss Light Source.

Il legame si ruppe rapidamente, poiché l'attivazione iniziale del catalizzatore da parte dei fasci di raggi X avvenne entro 400 femtosecondi (0,0000000000004 secondi), mentre il legame CH finale si ruppe dopo 14 nanosecondi (0,000000014 secondi).

I ricercatori hanno poi eseguito calcoli quantistici avanzati e hanno identificato il modo in cui una carica elettrica scorre tra il catalizzatore metallico e il gruppo CH. Hanno potuto osservare come una carica scorreva dal metallo al legame CH, agendo come una colla che lo legava al centro del metallo. Ma durante un flusso inverso di elettroni dal metallo al legame CH, il legame si rompe perché il flusso “agisce come una forbice””, ha detto Banerjee.

"...sulla base di questi risultati, è possibile realizzare una progettazione intelligente di catalizzatori più efficienti in grado di rompere il legame CH più facilmente. Catalizzatori più efficienti significherebbero un utilizzo migliore e più economico di questa risorsa sprecata che è il metano", ha affermato.

(A cura di Smriti Sinha)

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