Dall’anidride carbonica atmosferica all’etilene: team americano utilizza catalizzatori in rame per ottenere questo risultato

Nel suo laboratorio di ingegneria chimica presso il College of Engineering and Applied Science della UC, il professore associato Jingjie Wu e il suo team hanno scoperto che un catalizzatore di rame modificato migliora la conversione elettrochimica dell’anidride carbonica in etilene, l’ingrediente chiave della plastica e di una miriade di altri usi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Chemical Engineering.

L’etilene è stato definito “la sostanza chimica più importante del mondo”. È sicuramente uno dei prodotti chimici più comunemente prodotti, utilizzato per qualsiasi cosa, dai tessuti all’antigelo al vinile. Nel 2022 l’industria chimica ha prodotto 225 milioni di tonnellate di etilene.

Wu ha spiegato che il processo promette di produrre etilene con energia verde invece che con combustibili fossili. Ha il vantaggio di eliminare il carbonio dall’atmosfera.

L’etilene è una piattaforma chimica fondamentale a livello globale, ma il processo convenzionale di steam-cracking per la sua produzione emette una notevole quantità di anidride carbonica. Utilizzando l’anidride carbonica come materia prima invece di dipendere dai combustibili fossili, si può riciclare efficacemente l’anidride carbonica.

La base è una reazione elettrochimica, cioè una reazione chimica che utilizza l’energia elettrica, sotto forma di elettrolisi, per provocare una reazione chimica, in questo caso partendo dall’anidride carbonica, CO2, per ottenere composti chimici più complessi. 

La conversione elettrocatalitica dell’anidride carbonica produce due prodotti primari del carbonio, l’etilene e l’etanolo. I ricercatori hanno scoperto che l’uso di un catalizzatore di rame modificato produce più etilene. Dal punto di vista industriale è molto importante ottenere delle reazioni che non vengano ad avere, alla fine, un mix di prodotti magari singularmente utili, ma casualmente combinati e quindi da raffinare.

Il team ha otttenuto un impressionante risultato con un aumento della produzione di eilene rispetto all’etanolo del 50%, riducendo quindi fortmente l’etanolo e rendendo questo un primo passo verso la creazione di un ciclo di produzione economicamente utilizzabile

I prossimi passi saranno da un lato il miglioramento nella quantità di etilene prodotta, sino ad essere l’esclusivo prodotto della reazione o quasi, quindi cercare di modificare i catalizzatori di rame in modo che sulla sua superficie nomn si vengano a formare dei sottoprodotti della reazione, come ad esempio l’idrossido di potassio, che ne vengono a degradare l’efficienza. L’obiettivo è quello di portare la durata dei catalizzatori da 1000 ore di uso a 100 mila ore.

L’obiettivo dichiarato del professor Wu è quello di riuscire ad utilizzare l’elettrochimica per decarbonizzare completamente la produzione di componenti di base dell’industria chimica, un obiettivo indubbiamente ambizioso.

Al progetto  hanno collaborato con la Rice University, l’Oak Ridge National Laboratory, il Brookhaven National Laboratory, la Stony Brook University e l’Arizona State University.  Lo studio è stato sponsorizzato dall’Ufficio per l’Efficienza Energetica e le Energie Rinnovabili del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.