Trasformazione dell’anidride carbonica di scarto in elementi costitutivi di carbonio
I combustibili fossili costituiscono una risorsa finita; inoltre, il loro uso determina spesso l’emissione di gas quali l’anidride carbonica (CO2), responsabili dei cambiamenti climatici. Entrambi questi fattori creano nuove sfide per l’industria chimica organica, che dipende dai combustibili fossili come materiale per i propri processi industriali. Benché la CO2 possa essere riciclata in elementi costitutivi di carbonio per produrre sostanze chimiche organiche, in qualità di prodotto di scarto essa è termodinamicamente e cineticamente difficile da trasformare. Affinché il riciclaggio della CO2 possa essere impiegato per generare materie prime, occorre sviluppare un processo di conversione di facile utilizzo, che è esattamente ciò che è stato fatto nell’ambito del progetto CO2Recycling (A Diagonal Approach to CO2 Recycling to Fine Chemicals), finanziato dall’UE. Sfruttando il cosiddetto «approccio diagonale», il team del progetto ha concepito nuove trasformazioni catalitiche in cui la CO2 viene fatta reagire in un unico passaggio. Utilizzando un reagente funzionalizzante (una sostanza o un composto aggiunto a un sistema per provocare una reazione chimica) e un riducente che possono essere modificati in maniera indipendente, il processo permette di produrre un ampio spettro di molecole. «Il processo CO2Recycling consente di utilizzare la CO2 per la sintesi di ammine, esteri e ammidi, che in passato erano tutti ricavati da combustibili fossili», spiega Thibault Cantat, coordinatore del progetto CO2Recycling. «Queste sostanze possono essere poi utilizzate come materie prime per la produzione di molecole importanti, quali metilammine, acrilammide e acido metiladipico».
Comprensione della trasformazione della CO2
Utilizzando catalizzatori molecolari per attivare la CO2 e/o riducenti appropriati (idrosilani, idroborani, acido formico), i ricercatori hanno scoperto nuove trasformazioni catalitiche nel corso delle quali la CO2 è stata convertita per la prima volta in metilammine. Essi sono anche stati in grado di dimostrare la formazione di esteri e poliesteri dalla reazione tra CO2 e organosilani. Inoltre, il team del progetto è riuscito a realizzare una trasformazione per ottenere urea, acidi carbossilici e metanolo, che in passato era possibile soltanto utilizzando prodotti petrolchimici. Secondo Cantat, questi risultati hanno migliorato la nostra comprensione dell’attivazione e trasformazione della CO2 e hanno fornito informazioni estremamente preziose sui meccanismi d’azione basilari degli organocatalizzatori nelle reazioni chimiche di riduzione. «Il progetto CO2Recycling ha dimostrato che l’approccio diagonale è una strategia generale per preparare in maniera efficiente sostanze chimiche funzionali a partire dalla CO2», afferma Cantat. «I risultati sono facilmente trasponibili e hanno numerose applicazioni pratiche di altro tipo. Ad esempio, sostanze chimiche di base come metilammine, esteri e aldeidi sono già state ottenute utilizzando CO2».
Un’industria chimica sostenibile
Il progetto CO2Recycling ha già permesso di depositare 12 brevetti relativi alla conversione della CO2 e, indirettamente, alla produzione di diidrogeno e alla conversione di monossido di carbonio. Inoltre, nell’ambito del progetto è stata fornita formazione a vari giovani ricercatori, con sette borsisti post-dottorato e dottorandi che hanno adesso iniziato la loro carriera nel mondo accademico come professori e ricercatori. Tuttavia, il progetto CO2Recycling è stato solo il punto di partenza di un programma di ricerca di lunga durata finalizzato ad affrontare problematiche scientifiche legate all’utilizzo di materie prime rinnovabili contenenti carbonio (CO2, biomassa e materie plastiche di scarto) per migliorare la sostenibilità dell’industria chimica. «Sono contento che il progetto abbia gettato le basi che ci permetteranno di sviluppare ulteriormente questa visione e che il nostro lavoro possa ora continuare con il sostegno di una sovvenzione di consolidamento del CER», aggiunge Cantat.
Parole chiave
CO2Recycling, CO2, carbonio, riciclaggio, industria chimica, combustibili fossili, cambiamento climatico, chimica organica, prodotti petrolchimici
