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Il futuro dell'elettrolisi della CO2: come convertire i gas di scarto in sostanze chimiche utili?
Di fronte alla sfida del cambiamento climatico globale, la comunità scientifica è alla ricerca di diverse tecnologie innovative per ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2) rilasciate dalle attività industriali. La riduzione elettrolitica dell'anidride carbonica (CO2RR) è una tecnologia emergente che mira a utilizzare l'elettricità per convertire la CO2 in una varietà di sostanze chimiche utili, un processo che potrebbe diventare una componente importante della cattura e dell'utilizzo del carbonio (CCU).
Secondo le ultime ricerche, CO2RR può non solo produrre composti come acido formico (HCOO-), monossido di carbonio (CO), metano (CH4), etilene (C2H4) ed etanolo (C2H5OH), ma anche fornire alle aziende percorsi quasi carbon neutral e corrispondenti. Lo sviluppo di questa tecnologia ha attirato l'attenzione di numerose aziende, tra cui Siemens, Dioxide Materials, Twelve e GIGKarasek, ed è entrato nella fase pilota nel 2021.
“Le sfide principali sono il costo relativamente elevato dell’elettricità e il fatto che la CO2 è spesso mescolata all’ossigeno, che deve essere purificato prima della riduzione.”
La storia della riduzione elettrolitica dell'anidride carbonica può essere fatta risalire al XIX secolo, quando vennero utilizzati catodi di zinco per ridurre la CO2 in monossido di carbonio. Tuttavia, la ricerca subì un'accelerazione negli anni '80, con l'impatto dell'embargo petrolifero degli anni '70. Sono in fase di sviluppo diversi sistemi avanzati di elettrolisi in grado di catturare la CO2 direttamente dall'aria o di utilizzare basi forti e assorbenti a base di ammine per estrarre la CO2 ed eseguire un processo di riduzione con un consumo energetico relativamente basso.
In questo processo, la scelta del catalizzatore è fondamentale. I diversi catalizzatori metallici hanno diverse selettività per la produzione di prodotti diversi. Ad esempio, i catalizzatori di rame possono produrre una varietà di prodotti ridotti come metano, etilene o etanolo, mentre altri come lo stagno o il bismuto preferiscono produrre acido formico. Nell'industria, alcuni prodotti chimici, come l'urea e il metanolo, vengono già prodotti utilizzando l'anidride carbonica come materia prima.
Potenziale per l'estrazione di sostanze chimiche dalla CO2"La composizione del catalizzatore è fondamentale per le prestazioni dell'elettrolita e l'elettrodo a diffusione di gas è considerato la chiave per migliorare la produttività."
Durante la fotosintesi, le piante sono in grado di convertire l'anidride carbonica in zuccheri, che forniscono materie prime per molti percorsi biosintetici. Tuttavia, permangono ancora alcune sfide per l'adozione industriale. Oggigiorno, molte tecnologie basate sulla riduzione elettrolitica non sono ancora state commercializzate, in particolare le celle elettrolitiche funzionanti a temperatura ambiente, che necessitano ancora di ulteriori progressi tecnologici. Al contrario, gli elettrolizzatori a ossido solido (SOEC) sono in grado di convertire in modo efficiente la CO2 in CO a temperature elevate e sono disponibili in commercio.
L'attrattiva della tecnologia di riduzione tramite elettrolisi risiede nella sua capacità di essere combinata con l'energia rinnovabile per ridurre le emissioni di carbonio e contribuire a raggiungere uno sviluppo sostenibile. Alcune tecnologie possono funzionare in condizioni ambientali, il che significa che l'espansione e la messa a punto sono più semplici rispetto agli impianti chimici tradizionali. Attualmente, l'obiettivo finale della riduzione elettrolitica dell'anidride carbonica è convertirla in sostanze chimiche di valore più elevato, come l'etilene e i suoi derivati.
"Produrre il catalizzatore giusto e controllare le condizioni di reazione sarà fondamentale per far progredire l'applicazione della tecnologia di riduzione elettrolitica della CO2."
Sebbene esistano ancora alcune sfide tecniche nella riduzione elettrolitica dell'anidride carbonica, non si può ignorare il suo potenziale di sviluppo futuro. Con l'aumento dell'attenzione verso le energie rinnovabili e gli obiettivi di neutralità carbonica, è probabile che sempre più aziende inizino a esplorare il potenziale di questa tecnologia e si prevede che nel prossimo futuro verranno prodotti industrialmente più prodotti utilizzando questa tecnologia.
In questa tendenza, come dovremmo partecipare attivamente e promuovere la riduzione elettrolitica dell'anidride carbonica affinché diventi la tecnologia fondamentale per la produzione di prodotti chimici sostenibili in futuro?
