Un catalizzatore trasforma il gas serra in una fonte di energia
I ricercatori convertono la CO₂ in metano: il catalizzatore di nuova concezione supera lo standard industriale
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La transizione energetica non ha bisogno solo di nuove fonti, ma anche di soluzioni efficienti per lo stoccaggio e il trasporto. I ricercatori dell'Università di Kiel (CAU) hanno ora sviluppato un nuovo tipo di catalizzatore in grado di convertire l'anidride carbonica (CO₂) - uno dei più importanti gas serra - in metano. Il gas è una fonte energetica versatile e può essere immesso direttamente nelle reti di gas naturale esistenti. Il nuovo catalizzatore è poco costoso, durevole e supera i materiali industriali. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista specializzata "ChemSusChem", che si occupa di chimica nel contesto della sostenibilità.
Il professor Malte Behrens e la dottoranda Anna Wolf nel laboratorio di sintesi dell'Istituto di Chimica Inorganica dell'Università di Kiel.
© Christina Anders, Uni Kiel
Power-to-gas: immagazzinare CO₂ nel metano
Il concetto di power-to-gas (PtG) alla base del progetto immagazzina l'energia rinnovabile in forma chimica. I ricercatori lo utilizzano per produrre idrogeno dall'elettricità e farlo reagire con CO₂ per formare metano. "In condizioni reali, la composizione della reazione fluttua a causa della variazione della fornitura di elettricità da energia eolica e solare. Abbiamo quindi bisogno di catalizzatori che funzionino in modo affidabile anche in condizioni variabili", afferma il professor Malte Behrens dell'Istituto di Chimica Inorganica dell'Università di Kiel, che guida il sottoprogetto di Kiel nell'ambito del programma prioritario DFG SPP 2080.
Il progetto interdisciplinare combina chimica, fisica, scienza dei materiali e ingegneria. Tipico dell'indirizzo di ricerca "Kiel Nano, Surface and Interface Science" (KiNSIS) dell'Università di Kiel, i ricercatori studiano i materiali dalla struttura atomica fino all'applicazione tecnica e li sviluppano ulteriormente in modo mirato.
La nanostruttura garantisce l'efficienza
Il team di Kiel ha trasferito un principio collaudato al nuovo catalizzatore: ha combinato gli elementi nichel e magnesio in modo specifico a livello atomico. La cristallizzazione congiunta forma una soluzione solida. Questo composto si separa solo poco prima della reazione vera e propria nel reattore e si formano minuscole particelle di nichel. L'ossido di magnesio stabilizza le particelle e garantisce un adsorbimento particolarmente efficace della CO₂.
"Questa struttura su scala nanometrica è fondamentale", spiega la dottoranda Anna Wolf, prima autrice dello studio. "Le particelle di nichel rimangono distribuite in modo uniforme e l'ossido di magnesio favorisce in modo significativo la produzione di metano".
Il risultato: anche a temperature relativamente basse, 260 °C, il catalizzatore converte grandi quantità di CO₂ in metano. In termini pratici, ciò significa che un solo chilogrammo di materiale può produrre in poco meno di una settimana una quantità di metano sufficiente a riscaldare una casa unifamiliare per un anno.
Dal laboratorio all'applicazione industriale
Il team attribuisce il successo a un'attenta ottimizzazione di tutte le fasi di sintesi. "Tutto è iniziato con l'idea di trasferire un concetto collaudato a un nuovo sistema di materiali", spiega Behrens. "Il fatto che il nostro catalizzatore ora superi i materiali utilizzati a livello industriale dimostra l'importanza di una ricerca di base sistematica". I ricercatori stanno trasferendo i risultati di laboratorio su scala industriale e testando il catalizzatore in condizioni reali di PtG insieme ai partner dell'Università di Amburgo.
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