La luce, assieme a un catalizzatore, serve a rompere in maniera sostenibile legami chimici e ottenere “mattoncini lego” per la costruzione di nuove molecole. L'intervista al professor Paolo Fornasiero, tra gli autori di una nuova ricerca.
Un gruppo di ricerca internazionale ha scoperto un nuovo per produrre etilene sostenibile. Lo studio parte da un meccanismo fotocatalitico di attivazione dell’idrogeno utilizzato poi in un nuovo processo di produzione di etilene a partire proprio dall’idrogeno e dal biossido di carbonio (CO2).
Quanto è importante l’etilene
L’etilene è parte fondamentale della produzione di materiali plastici impiegati in vari settori, dall’imballaggio all’abbigliamento, dai rivestimenti e isolanti elettrici alle gomme degli autoveicoli fino alla componentistica per le attrezzature mediche. Per tale motivo è di grande rilevanza per l’industria, non a caso la produzione annua di etilene supera i 150 milioni di tonnellate. Attualmente, questa sostanza chimica organica si ottiene dalla trasformazione catalitica di idrocarburi e per tale ragione produrla determina un aumento delle emissioni di gas a effetto serra.
La nuova scoperta: produrre etilene sostenibile
Il Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche dell’Università di Trieste ha partecipato a questo studio internazionale. La ricerca ha consentito la conversione selettiva di CO2 a etilene, aprendo così la strada a sua una produzione più efficiente e pulita. Tale metodo di produzione è più sostenibile perché appunto non prevede il ricorso a fonti fossili e derivati del petrolio. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Science e senz’altro avvantaggeranno i processi di decarbonizzazione.
Tra i ricercatori figura Paolo Fornasiero, professore presso il Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche dell’Università degli Studi di Trieste, associato all’Istituto di Chimica dei Composti Organometallici (ICCOM-CNR) di Firenze e membro del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM). Gli abbiamo rivolto qualche domanda:
Professore, in che modo la vostra scoperta apre la strada a una produzione più efficiente e sostenibile dell’etilene?
“La scoperta indica una nuova via per produrre l’etilene sostituendo l’energia termica nell’attivazione (rottura e formazione) dei legami chimici e soprattutto conferma la possibilità di partire da CO2 per ottenere molecole a due atomi di carbonio. I processi tradizionali di sintesi di etilene infatti si basano sulla scissione termica di idrocarburi fossili ad elevato numero di atomi di carbonio con l’ottenimento di una miscela di piccole molecole da cui poi si separa l’etilene. Il nostro processo utilizza invece la luce per costruire molecole più grandi a partire da piccole molecole. Il processo risulta particolarmente sostenibile, non solo perché parte da reagenti ampiamente ed equamente disponibili, ma anche per la selettività del processo che non richiede stadi di separazione che risultano sempre complessi e costosi“.
Come viene sfruttata la luce?
“La luce, nel nostro caso, una piccola porzione dello spettro elettromagnetico e in particolare i raggi ultravioletti (UV), viene assorbita dai materiali semiconduttori con proprietà fotocatalitiche. Noi utilizziamo nanoparticelle di oro depositate su biossido di titanio. Quest’ultimo è un componente familiare, essendo presente nella maggior parte delle creme solari proprio allo scopo di assorbire i raggi UV e proteggere la pelle. Una volta assorbita la radiazione UV, si viene a formare una piccola separazione di carica elettrica tra oro e biossido di titanio. In particolare, si forma una parziale carica negativa sulle nanoparticelle di oro e una parziale carica positiva sul biossido di titanio. Tale dipolo elettrico all’interfaccia oro/biossido di titanio permette di facilitare la rottura del legame idrogeno-idrogeno. Una volta rotto il legame, nella molecola di idrogeno possiamo immaginare la possibilità di utilizzare efficacemente gli atomi di idrogeno per costruire nuove molecole, quali l’etano da dove poi otteniamo l’etilene. Quindi la luce, assieme a un catalizzatore, serve a rompere in maniera sostenibile legami chimici e ottenere “mattoncini lego” per la costruzione di nuove molecole“.
In che misura questa scoperta potrà essere utilizzata dalle industrie?
“Il progresso avanza per stadi, piccoli o grandi che siano. Il passaggio da una ricerca fondamentale a una applicata dipende sempre dai finanziamenti, dalla possibilità di fare squadra ed anche dall’agire al momento giusto. Oggi sembra perfetto combinare un processo di decarbonizzazione (rimuovere l’inquinante CO2) con l’utilizzo di idrogeno prodotto in maniera sostenibile. Ci sono quindi molte opportunità a partire dalla nostra scoperta, ma occorre progettare nuovi reattori fotocatalitici, pensare a materiali catalitici che, a partire dai nostri risultati, possano essere migliorati in termini di costi e disponibilità su larga scala.
Soprattutto, bisognerà finalmente iniziare a credere e a realizzare ciò che, già all’inizio del 1900, il famoso chimico Giacomo Ciamiciam sosteneva e cioè che le reazioni chimiche possono e debbano essere promosse in modo sostenibile utilizzando la radiazione solare e non riscaldando i reattori con energia termica. La sfida è replicare industrialmente il concetto della fotosintesi clorofilliana dove CO2, acqua, luce e un opportuno catalizzatore danno vita ad una chimica incredibile e fondamentale per la vita“.
