Nano-catalizzatori economici che potrebbero essere utilizzati per stoccare l’energia eolica e solare
Gli stessi ricercatori che hanno fatto la scoperta la definiscono serendipitosa: mentre cercavano di realizzare una nuova tecnologia per trasformare i rifiuti in carburante, gli scienziati del Dipartimento energia dell’Oak Ridge national laboratory hanno sviluppato un processo elettrochimico che utilizza piccoli picchi di carbonio e rame per trasformare l’anidride carbonica in etanolo.
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Ora Yang Song, Rui Peng, Dale Hensley, Peter Bonnesen, Liangbo Liang, Zili Wu, Harry Meyer III, Miaofang Chi, Cheng Ma, Bobby Sumpter e Adam Rondinone spiegano come hanno fatto nello studio “High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle/N-Doped Graphene Electrode”, pubblicato di recente su ChemistrySelect e Rondinone, il leader del team e principale autore della ricerca, sottolinea: «Abbiamo scoperto un po’ per caso che questo materiale funzionava. Stavamo cercando di studiare il primo step di una proposed reaction quando ci siamo resi conto che il catalizzatore stava realizzando da solo l’intera reazione».
All’Oak Ridge national laboratory spiegano che «Il team ha utilizzato un catalizzatore in carbonio, rame e azoto e tensione applicata per innescare una complicata reazione chimica che inverte sostanzialmente il processo di combustione. Con l’aiuto del catalizzatore basato su una nanotecnologia che contiene più siti di reazione, la soluzione di anidride carbonica disciolta in acqua viene trasformata in etanolo con una resa del 63%. Tipicamente, questo tipo di reazione elettrochimica si traduce in una miscela di vari prodotti diversi in piccole quantità».
Rondinone evidenzia: «Stavamo prendendo il biossido di carbonio, un prodotto di scarto della combustione, e stavamo spingendo indietro la reazione della combustione con una selettività molto alta, fino ad arrivare a un combustibile utilizzabile. L’etanolo è stata una sorpresa: è estremamente difficile passare direttamente dal biossido di carbonio all’etanolo con un unico catalizzatore».
La novità del catalizzatore è rappresentata dalla sua struttura a nanoscala, costituita da nanoparticelle di rame incorporate in punte di carbonio. Questo approccio nano-texturing evita l’uso di metalli costosi o rari come il platino, che limitano la redditività economica di molti catalizzatori. Rondinone aggiunge: «Utilizzando materiali comuni, ma disponendoli con la nanotecnologia, abbiamo capito come limitare le reazioni collaterali e farle terminare nell’unica cosa che volevamo».
L’analisi iniziale dei ricercatori suggerisce che la superficie strutturata appuntita dei catalizzatori fornisce ampi siti reattivi per facilitare la conversione dell’anidride carbonica in etanolo. «Sono come parafulmini da 50 nanometri che concentrano la reattività elettrochimica sulla punta del picco», spiega ancora Rondinone.
Gli scienziati dell’Oak Ridge national laboratory hanno in programma di affinare il loro approccio per migliorare il livello di produzione complessiva e studiare ulteriormente le proprietà e il comportamento del catalizzatore, ma, dato che la tecnica utilizza materiali a basso costo e che è in grado di operare a temperatura ambiente in acqua, i ricercatori ritengono che «L’approccio potrebbe essere utilizzato per applicazioni di interesse industriale. Per esempio, il processo potrebbe essere usato per stoccare l’energia elettrica in eccesso prodotta da fonti energetiche variabili come l’eolico e il solare».
Rondinone conclude: «Un processo del genere permetterebbe di consumare l’energia elettrica in più quando è disponibile, producendola e conservandola come etanolo. Questo potrebbe aiutare a bilanciare una rete rifornita da fonti rinnovabili intermittenti».
