Etilene da idrogeno e biossido di carbonio

Un gruppo di ricerca internazionale ha messo a punto un nuovo processo fotocatalitico di attivazione dell’idrogeno utilizzabile per produrre etilene a partire da CO2 e, appunto, idrogeno. Il gruppo di ricerca internazionale comprende i professori Paolo Fornasiero, del 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) e Nenchao Luo e Feng Wang del Dalian Institute of Chemical Physics (Cina). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista scientifica Science e potrà avere importanti applicazioni in ambito industriale e ambientale. L’etilene è un componente fondamentale nella produzione di materiali plastici impiegati in svariati settori la cui produzione annua supera i 150 milioni di tonnellate e si basa attualmente sulla trasformazione catalitica di idrocarburi fossili, processo che genera emissioni nell’atmosfera di gas con effetto serra.

La ricerca propone un nuovo modo di attivare l’idrogeno, o più semplicemente, di renderlo più reattivo e pronto a formare nuovi legami chimici attraverso la formazione di dipoli elettrici indotti da radiazione ultravioletta sulla superficie di fotocatalizzatori a base di oro depositato su biossido di titanio. La scoperta è stata applicata alla reazione di idrogenazione del biossido di carbonio allo scopo di poter trasformare tale inquinante con effetto serra in prodotti ad alto valore aggiunto. La ricerca prende spunto dalla consapevolezza della futura disponibilità di idrogeno verde che potrà essere prodotto in grandi quantità per elettrolisi con corrente elettrica da fonti rinnovabili. Il processo fotocatalitico complessivo che è stato ottenuto porta alla formazione selettiva di etilene a partire da biossido di carbonio e idrogeno. “Nella prospettiva di un’economia sempre più sostenibile, meno inquinante ed energivora, il nostro studio suggerisce la possibilità di produrre etilene con un metodo innovativo e sostenibile, riducendo drasticamente la dipendenza da fonti fossili, svincolandone il costo dal prezzo delle materie prime e dell’energia, in particolare da petrolio e gas naturale”, ha dichiarato Paolo Fornasiero.

L’etilene infatti attualmente viene prodotto attraverso un processo di cracking catalitico di idrocarburi in presenza di vapore d’acqua. Questo processo prevede il riscaldamento di idrocarburi, come per esempio etano, propano, nafta e gasoli, ad alte temperature (tipicamente 750-950 °C) con vapore. Il vapore d’acqua contribuisce a ridurre l’indesiderata formazione di depositi carboniosi sulla superficie dei catalizzatori ed è coinvolto nella reazione di scissione degli idrocarburi più grandi in idrocarburi più piccoli, incluso l’etilene. La miscela risultante viene quindi separata tramite compressione e distillazione per isolare l’etilene. Il costo di produzione è fortemente dipendente dal tipo di idrocarburo utilizzato e dalla sua disponibilità locale, a cui vanno aggiunti aspetti legati alla difficoltà di trasporto e concorrenziali richieste per utilizzi energetici. La possibilità quindi di utilizzare biossido di carbonio e idrogeno verde, luce e un opportuno fotocatalizzatore per produrre etilene potrebbe portare non soltanto a vantaggi economici e ambientali, ma anche ridurre le sempre più critiche dipendenze da materie prime non omogeneamente distribuite. I ricercatori sono stati in grado di applicare con successo i risultati in condizioni prossime a quelle di interesse industriale, realizzando un primo prototipo.