Una nuova tecnologia sviluppata all’Università di Toronto sta compiendo un sostanziale passo in avanti per consentire ai produttori di creare materie plastiche con due ingredienti chiave: sole e inquinamento.
Oggi i combustibili fossili non rinnovabili non solo forniscono la materia prima da cui sono costituite le materie plastiche: essi sono anche il combustibile bruciato per alimentare il processo produttivo, producendo anidride carbonica (CO2) che riscalda il clima. L’ Agenzia Internazionale per l’Energia stima che la produzione dei principali precursori della plastica sono responsabili dell’1,4% delle emissioni globali di CO2.
Dalla plastica all’inquinamento, dall’inquinamento alla plastica
Una squadra guidata dal professor Ted Sargent dell’Università di Toronto sta rivoluzionando questo processo. Immaginano di catturare la CO2 prodotta da altri processi industriali e di utilizzare l’elettricità rinnovabile, come l’energia solare, per trasformarla in etilene. L’etilene è una sostanza chimica industriale comune precursore di molte materie plastiche, come quelle utilizzate nei sacchetti della spesa.
Il sistema affronta una sfida chiave associata alla cattura del carbonio. Mentre la tecnologia esiste per filtrare ed estrarre la CO2 dai gas di combustione, la sostanza ha attualmente un valore economico limitato che non può compensare il costo della sua cattura. Trasformando questo carbonio in un prodotto commercialmente valido come l’etilene, il team mira ad aumentare gli incentivi per le aziende a investire nella tecnologia di cattura del carbonio.
Alla base della soluzione del team vi sono due innovazioni: l’utilizzo di un catalizzatore a base di rame sottile e una nuova strategia sperimentale.
Nuove procedure sperimentali
Afferma il dottor Cao-Thang Dinh, il primo autore dell’articolo pubblicato oggi sulla rivista Science:
“Quando abbiamo eseguito la conversione di CO2 in etilene attraverso mezzi di comunicazione di base, abbiamo scoperto che il nostro catalizzatore ha migliorato sia l’efficienza energetica che la selettività della conversione ai più alti livelli mai registrati.”
In questo contesto, efficienza significa che è necessaria meno energia elettrica per realizzare la conversione. Gli autori hanno quindi usato questa conoscenza per migliorare ulteriormente il catalizzatore. E spingere la reazione per favorire la formazione di etilene, al contrario di altre sostanze.
Successivamente, il team ha affrontato la stabilità, che è stata a lungo una sfida con questo tipo di catalizzatore a base di rame. La modellizzazione teorica mostra che le condizioni di base, cioè alti livelli di pH, sono ideali per catalizzare la CO2 per l’etilene. Ma in queste condizioni, la maggior parte dei catalizzatori e dei loro supporti si rompono dopo meno di 10 ore.
Il team ha superato questa sfida alterando la configurazione sperimentale. Essenzialmente, hanno depositato il loro catalizzatore su uno strato di supporto poroso fatto di politetrafluoroetilene (PTFE, meglio noto come Teflon) e hanno collocato il loro catalizzatore con carbone sull’altro lato. Questa nuova configurazione protegge il supporto e il catalizzatore dal degrado dovuto alla soluzione di base e consente di durare 15 volte di più rispetto ai catalizzatori precedenti. Come ulteriore vantaggio, questa configurazione ha anche migliorato ulteriormente l’efficienza e la selettività.
Per un domani più pulito
Continua Dinh:
“Negli ultimi decenni, abbiamo scoperto che l’utilizzo di questa reazione in condizioni di base sarebbe stato d’aiuto. Ma nessuno, purtroppo, sapeva come sfruttare questa conoscenza e trasferirla in un sistema pratico. Abbiamo dimostrato come superare questa sfida.”
Attualmente il loro sistema è in grado di eseguire la conversione su scala in laboratorio, producendo diversi grammi di etilene alla volta. L’obiettivo a lungo termine del team è di scalare la tecnologia fino al punto in cui saranno in grado di convertire più tonnellate di sostanze chimiche necessarie per l’applicazione commerciale.
Afferma Sargent:
“Abbiamo fatto tre progressi simultanei in questo lavoro: selettività, efficienza energetica e stabilità. Come gruppo, siamo fortemente motivati a sviluppare tecnologie che ci aiutino a realizzare la sfida globale di un futuro a emissioni zero.”
Roberto Bovolenta