Trasformare i gas serra in carburanti liquidi puliti: questo è l’obiettivo di un reattore elettro-catalitico che, come combustibile, usa proprio la CO2, trasformandola da scarto nocivo all’atmosfera in un vettore energetico estremamente puro e facilmente utilizzabile per produrre o accumulare elettricità.
Come dire, prendere due piccioni con una fava, sequestrando CO2 dall’atmosfera e introducendola elegantemente in un circolo virtuoso che crea energia pulita. Ciò grazie alla risultante del processo di elettrolizzazione: l’acido formico, un vettore energetico estremamente puro e facilmente utilizzabile per produrre o accumulare elettricità, la cui CO2 di scarto generata durante i processi di catalizzazione può essere rimessa in circolo per ripetere il ciclo.
È più di una promessa, testata con successo e resa operativa in laboratorio da Haotian Wang, ingegnere chimico e biomolecolare della Rice University, negli USA. Nel suo ultimo prototipo, il laboratorio è riuscito a produrre concentrazioni molto alte e purificate di acido formico a costi molto inferiori rispetto al passato.
Ciò è importante perché l’acido formico prodotto dai tradizionali dispositivi alimentati a CO2 necessitava solitamente di dispendiose fasi di purificazione, ha detto Wang a Science News. La produzione diretta di soluzioni di acido formico puro a prezzi più contenuti può dare un grosso impulso a tecnologie commerciali di conversione della CO2 in carburanti e vettori energetici puliti.
Con il suo attuale reattore, il laboratorio ha generato acido formico ininterrottamente per 100 ore con una degradazione trascurabile dei componenti del reattore, compresi i catalizzatori su scala nanometrica. Wang ha suggerito che il reattore potrebbe essere facilmente modificato per produrre anche carburanti come l’etanolo o il propano.
“Il quadro generale è che la riduzione della CO2 è molto importante per i suoi effetti sul riscaldamento globale e per la sintesi chimica verde”, ha detto Wang. “Se l’elettricità proviene da fonti rinnovabili come il sole o il vento, possiamo instaurare un ciclo capace di trasforma la CO2 in qualcosa di importante senza emetterne di più.”
Wang e il suo gruppo studiano come trasformare i gas serra in prodotti utili. Nei loro test, il nuovo elettrocatalizzatore ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica di circa il 42%. Ciò significa che quasi la metà dell’energia elettrica può essere immagazzinata in acido formico come combustibile liquido.
“L’acido formico è un vettore energetico”, ha spiegato Wang. “È un combustibile per celle a combustibile che può generare elettricità, emettendo anidride carbonica che si può poi raccogliere e riciclare.
L’acido formico “è anche fondamentale nel settore dell’ingegneria chimica come materia prima per altri prodotti chimici e come materiale di stoccaggio per l’idrogeno. Può contenere quasi 1.000 volte più energia di quanta ne possa contenere lo stesso volume di gas di idrogeno, che è difficile da comprimere”, ha dichiarato Wang. “Questa è attualmente una grande difficoltà che le auto a celle a combustibile a idrogeno” si trovano ad affrontare e che l’acido formico potrebbe contribuire a risolvere.
Sono due i progressi tecnici che hanno reso possibile il nuovo dispositivo, ha affermato l’autore principale e ricercatore post-dottorato dello studio di Rice, Chuan Xia. Il primo è stato lo sviluppo di un robusto catalizzatore bidimensionale di bismuto e il secondo un elettrolita a stato solido che elimina la necessità di avere sali durante la reazione.
“Il bismuto è un atomo molto pesante, rispetto ai metalli di transizione come rame, ferro o cobalto”, ha detto Wang. “La sua mobilità è molto più bassa, in particolare in condizioni di reazione. In questo modo si stabilizza il catalizzatore.”
Il reattore è strutturato per impedire all’acqua di entrare in contatto con il catalizzatore, favorendo la sua integrità.
“Attualmente, si producono catalizzatori funzionanti nell’ordine dei grammi o milligrammi”, ha detto Xia. Noi invece, “abbiamo sviluppato un modo per produrli su una scala di chilogrammi, che renderà il nostro processo più facile da scalare per l’industria”.
(Foto titolo cortesia Rice University)
