L’energia del sole illumina una nuova chimica green

Ricerca dell’Università di Trieste

Un nuovo materiale può rivoluzionare i modelli di produzione sfruttando solo le radiazioni luminose, senza l’uso di materie tossiche

di Daniele Monaco
TRIESTE

Sfruttare l’energia solare per processi di sintesi chimica, grazie a un nuovo materiale in grado di assorbirla e trasformarla in energia chimica grazie alla fotocatalisi, rendendo possibili modelli di produzione industriale sostenibile, dai costi moderati e senza l’uso di metalli catalizzatori rari o talvolta tossici. L’innovazione arriva da una ricerca guidata dall’Università di Trieste, pubblicata sulla rivista Science Advances, che dimostra come il nuovo materiale (am-CN) prodotto a partire dal nitruro di carbonio, possa attivare reazioni che portano a molecole ad alto valore industriale, sfruttando solo l’energia di una radiazione luminosa.
«Si è aperto un nuovo campo per la sintesi organica industriale », annuncia Paolo Fornasiero, professore di chimica generale che ha condotto lo studio con il collega Maurizio Prato (chimica organica) e i ricercatori Giacomo Filippini e Michele Melchionna. «Creare processi che consumano poco è importante, se pensiamo alla dipendenza dall’energia necessaria per attivare ad alte temperature un qualsiasi catalizzatore tipicamente usato nella sintesi di farmaci, fertilizzanti, benzine o plastica: l’idea è usare direttamente la luce del sole grazie a un materiale che ne assorbe l’energia, per poi produrre tali reazioni».
Il nitruro di carbonio è ottenuto in laboratorio da carbonio e azoto. A seconda di precursori e reagenti usati se ne ottengono diverse tipologie più o meno attive, in polvere o film. Lo studio ha permesso di elaborare un protocollo di sintesi per l’utilizzo dell’am-CN, il più performante fra tre materiali di prova. «Strisce pedonali e gallerie già usano fotocatalizzatori nelle vernici autopulenti grazie al biossido di titanio, che però assorbe solo i raggi Uv – osserva Fornasiero –. Quando invece un semiconduttore come quello studiato assorbe l’energia solare da tutto lo spettro visibile, tra le sue molecole si genera una ‘fotocorrente’, un’ossidazione che valorizza il materiale con energia chimica, che può essere convogliata verso le molecole dei reagenti, aiutandoli a trasformarsi nei prodotti finali».
Tale tecnica permette ad esempio di ottenere composti perfluorurati, usati nei dispositivi a cristalli liquidi, e altri in campo agricolo e farmaceutico, ma le possibilità sono «centinaia ». L’am-CN è riciclabile e sostituisce metalli catalizzatori rari come rodio, iridio e rutenio, preziosi come platino, oro e argento, tossici come il cromo. «Se oggi sintetizzo ammoniaca usando petrolio ed energia a 400 gradi, in futuro potrei prelevare l’azoto dall’umidità dell’aria e sintetizzare con la luce solare per produrre fertilizzanti – prevede Fornasiero –. I fotocatalizzatori potrebbero essere usati per ottenere idrogeno dall’acqua».