Catalizzatori privi di metalli sostituiscono i catalizzatori a base di metallo
Il progetto FREECATS (Doped carbon nanostructures as metal-free catalysts), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di rendere la produzione dei prodotti chimici e delle materie prime più sostenibile ed ecologica. Dieci istituti di ricerca europei hanno lavorato insieme per sviluppare materiali a base di carbonio che andranno a sostituire i metalli nella catalisi. La catalisi è uno dei principali processi che utilizzano metalli preziosi, quali palladio e platino. Molti settori di lavorazione utilizzano catalizzatori a base di metallo nobile per accelerare le reazioni e migliorare i rendimenti. Tuttavia, i metalli del gruppo del platino generalmente non si trovano in Europa, spingendo i ricercatori a cercare un’opzione maggiormente disponibile. I catalizzatori a base di carbonio potrebbero essere proprio quello che le industrie chimiche stanno cercando. Questo nuovo tipo di catalizzatori privi di metalli possono essere meno inquinanti grazie alla loro maggiore selettività. In altre parole, viene ridotto significativamente il rischio di creare rifiuti indesiderati che possono essere nocivi per l’ambiente. Il progetto FREECATS si focalizzata sullo sviluppo di catalizzatori per celle a combustibile, produzione di olefine e trattamento delle acque. La sostituzione dei catalizzatori a base di platino con queste tre tecnologie porterà a una riduzione significativa della forte domanda europea, in particolare, la richiesta da parte del settore automobilistico. I catalizzatori con metalli nobili sono comunemente usati nell’industria automobilistica, dove i convertitori catalitici basati su metalli del gruppo del platino purificano i gas di scarico. Questa potrebbe essere un’occasione unica per un’alternativa priva di metalli, ma i partner del progetto non stavano cercando applicazioni relative a catalizzatori con carbonio in tale ambito. Mediante la nanotecnologia, utilizzando gli atomi come elementi costitutivi fondamentali, i ricercatori hanno costruito strutture in carbonio sia in forma di nanomateriali alla rinfusa sia in strutture gerarchicamente organizzate. I nuovi materiali di carbonio sono nanotubi o nanofibre drogate per cambiare la loro densità degli elettroni. I materiali di carbonio più comunemente studiati erano drogati con azoto e hanno dimostrato un’attività catalitica piuttosto differente dalle loro controparti non drogate. Tuttavia, boro e fosforo potrebbero essere utilizzati a seconda della natura relativa alla reazione chimica catalizzata. I ricercatori hanno studiato eventuali applicazioni future per quanto riguarda la progettazione di auto. In particolare, i catalizzatori di carbonio potrebbero essere utilizzati nelle celle a combustibile, generando energia attraverso la reazione di ossigeno e idrogeno. La riduzione dell’ossigeno è attualmente realizzata mediante l’aiuto di catalizzatori al platino, ma anche i catalizzatori in carbonio potrebbero promuovere tale reazione. La seconda applicazione con un potenziale enorme riguarda la produzione di olefine. Tali idrocarburi sono ampiamente utilizzati nell’industria chimica come precursori di polietilene e polipropilene. I nuovi catalizzatori sono altamente selettivi, producendo un maggiore prodotto di interesse e meno sottoprodotti indesiderati. Potenziali applicazioni della nuova tecnologia di catalisi sono previste anche nel trattamento delle acque, in quanto i volumi di acqua potabile sarebbero maggiori. Prima del termine del progetto FREECATS, i ricercatori sono riusciti a dimostrare le possibilità dei catalizzatori in carbonio a livello di impianto pilota. Per i nuovi catalizzatori FREECATS privi di metalli, non era sufficiente competere con i catalizzatori a base di metalli nobili esistenti e ampiamente considerati come spina dorsale di molte industrie. Una serie di attività di follow-up di ricerca si sono concentrate sul modo in cui migliorare ulteriormente le loro prestazioni.
Parole chiave
Catalizzatori privi di metalli, nanotecnologia, FREECATS, nanostrutture di carbonio, catalisi
