Atomi di nichel per disinnescare il gas serra pericoloso per l'ambiente

Un nuovo metodo per convertire la CO2 e sfruttarla a nostro vantaggio anziché buttarla in atmosfera promette alti livelli di efficienza, ma la strada per industrializzarlo è ancora lunga.

L'idea di sottrarre anidride carbonica (CO2) dall'atmosfera per limitare il riscaldamento globale e i danni dei cambiamenti climatici non è nuova e molti sono stati i tentativi fatti per intercettarla e stoccarla, e iniettarla sui fondali oceanici o nella crosta terrestre dove con il tempo si trasformerebbe in roccia calcarea. Numerose ricerche hanno anche esplorato la possibilità trasformare il gas-serra in qualcosa di utile: è in questo filone di ricerca che si inserisce lo studio coordinato dal Brookhaven National Laboratory (BNL) e condotto da ricercatori di università americane, canadesi e cinesi. Gli scienziati hanno identificato una sostanza (un elettrocatalizzatore) che converte in modo efficiente la CO2 in monossido di carbonio (CO), che è una molecola altamente energetica: la procedura è descritta su Energy & Environmental Science.

Uno dei ricercatori, Eli Stavitski (BNL), spiega che «si può fare reagire il monossido di carbonio con l'acqua per produrre idrogeno, da sfruttare per l'energia e per sintetizzare sostanze chimiche utili, come gli idrocarburi e gli alcoli». Anche l'idea di convertire la CO2 in CO non è nuova, ma gli elettrocatalizzatori utilizzati finora non hanno mai portato a risultati concreti in quanto si crea una reazione competitiva a quella desiderata, detta Hydrogen Evolution Reaction (HER, reazione di evoluzione dell'idrogeno). In realtà alcuni metalli nobili, come oro e platino, consentono di evitare la HER e di convertire la CO2 in CO, ma sono troppo rari e costosi per essere considerati utili.

La strada percorsa per questa ricerca è completamente nuova: gli scienziati hanno usato singoli atomi di nichel (28-Ni). «Il nichel è stato raramente selezionato come candidato promettente per la conversione di CO2 in CO», commenta Haotian Wang (Università di Harvard, Usa), «perché anch'esso dà origine alla HER e perché la sua superficie può essere facilmente compromessa dalle molecole di CO, quando vengono prodotte.» La novità sta però nel fatto che anziché utilizzare nichel in quantità più o meno elevate, i ricercatori hanno usato singoli atomi e questo ha portato a risultati completamente diversi. «Pare che i singoli atomi "preferiscano" produrre CO, piuttosto che eseguire l'HER: in altre parole, una superficie di nichel si comporta in modo molto diverso dai singoli atomi».

Ciò che differisce profondamente è l'energia che si forma attorno a una superficie estesa di nichel rispetto a quella che si ha attorno a un singolo atomo, ed è questa differenza che governa la reazione finale, che dalla CO2 porta a CO anziché alla HER.

Il monitoraggio delle reazioni con strumenti come il microscopio elettronico a trasmissione ha mostrato che singoli atomi di nichel hanno catalizzato la conversione con un'efficienza del 97%, risultato che va ben oltre le aspettative. Adesso si tratta solo di capire come trasformare uno studio complesso in un metodo pratico e industrializzabile, sempre che sia possibile.