Dalla CO₂ al carburante verde: svolta coreana con catalizzatori a basso costo e basse temperature

Nel contesto della transizione energetica e della riduzione delle emissioni di gas serra, le trasformazioni sono tante.

Ad esempio, l’esperimento di trasformare il Carbon Dioxide (CO₂) in carburanti sintetici rappresenta una delle strade più promettenti.

Il team guidato dal dott. Kee Young Koo ha presentato un nuovo catalizzatore in rame-magnesio-ferro che consente la conversione della CO₂ in monossido di carbonio (CO) — un ingrediente chiave per la produzione di e-fuels e metanolo — a temperature molto più basse rispetto agli standard attuali.

Il processo in questione è la reazione di scambio inversa tra acqua e gas (Reverse Water-Gas Shift, RWGS): la CO₂ viene fatta reagire con idrogeno (H₂) per produrre CO e acqua (H₂O). In genere questo richiede temperature molto elevate (oltre 800 °C) e infrastrutture costose, soprattutto quando si usano catalizzatori al nichel che con il calore tendono ad agglomerarsi perdendo efficienza.

Tuttavia, la novità del lavoro KIER sta proprio nell’aver realizzato un catalizzatore che opera efficacemente già a circa 400 °C, con un rendimento e una velocità di produzione di CO superiori rispetto ai catalizzatori commerciali in rame. In concreto: un tasso di formazione di ~223,7 µmol·g⁻¹·s⁻¹ e una resa del 33,4% a 400 °C, con stabilità per oltre 100 ore.

Verso carburanti verdi a basso costo

Il punto centrale è che il nuovo catalizzatore non solo riduce il fabbisogno termico, ma utilizza metalli relativamente abbondanti e meno costosi rispetto a quelli nobili o a nichel “di alta gamma”. Il rame (Cu), il ferro (Fe) e il magnesio (Mg) costituiscono la base del materiale, integrati in una struttura di tipo “layered double hydroxide” (LDH) che impedisce l’agglomerazione delle particelle e mantiene la stabilità termica. Un altro aspetto tecnico importante: mentre i catalizzatori tradizionali generano intermedi (come i formati) o sottoprodotti indesiderati (metano, ad esempio) a temperature più basse, il nuovo catalizzatore pare bypassare questi intermedi e produrre direttamente CO sulla superficie attiva. Ciò spiega in parte l’efficienza superiore.

Dal punto di vista applicativo, il CO prodotto può essere combinato con H₂ per ottenere syngas, che è poi utilizzabile per sintetizzare e-carburanti (e-fuels), metanolo, e potenzialmente carburanti per settori difficili da decarbonizzare (aviazione, shipping). In tal senso, questo studio segna una svolta verso carburanti “circolari”, in cui la CO₂ viene catturata e riutilizzata.

Implicazioni e sfide future

Nonostante i risultati molto promettenti, occorre considerare alcune sfide per la scala industriale. Prima di tutto: la sperimentazione è per ora di laboratorio, e bisognerà testare la durata su scale maggiori e in condizioni reali di processo. In secondo luogo, va integrata all’intera catena del valore: produzione di H₂ “verde”, cattura della CO₂, infrastrutture per la sintesi del carburante e distribuzione. Inoltre, sebbene la temperatura operativa sia molto ridotta rispetto al passato, 400 °C è ancora una temperatura rilevante e richiede energia. Sarà fondamentale valutare quanto dell’energia richiesta provenga da fonti rinnovabili e quale sarà l’impronta ambientale complessiva.

Infine, l’economia del processo sarà determinante: il costo del catalizzatore, la stabilità a lungo termine, la frequenza di sostituzione, l’integrazione nel sistema industriale. Ma l’uso di metalli abbondanti e la riduzione dei requisiti termici suggeriscono che la sostenibilità economica sia più vicina. In conclusione, lo studio del KIER rappresenta un passo significativo verso carburanti sintetici “verdi” e competitivi. Se ulteriormente sviluppato e integrato, potrebbe contribuire in modo concreto alla transizione energetica e alla diminuzione delle emissioni di CO₂.