Un team di scienziati guidati dal Dr. Kee Young Koo del Dipartimento di ricerca sull’idrogeno del Korea Institute of Energy Research (presidente Yi Chang-Keun, di seguito denominato KIER) ha creato un catalizzatore leader a livello mondiale in grado di trasformare l’anidride carbonica, uno dei principali gas serra, in un ingrediente essenziale per la produzione di carburanti ecologici.
La reazione inversa di spostamento del gas acqua (RWGS) è un processo chimico che converte l’anidride carbonica (CO2) in monossido di carbonio (CO) e acqua (H2O) facendolo reagire con idrogeno (H2) in un reattore. Il monossido di carbonio risultante può quindi essere combinato con l’idrogeno per produrre syngas, un elemento fondamentale utilizzato per produrre carburanti sintetici come gli e-fuel* e il metanolo. Grazie alla sua capacità di riciclare CO2 in componenti utilizzabili del combustibile, la reazione RWGS è vista come un percorso promettente per promuovere la produzione di energia sostenibile.
Superare i limiti dei catalizzatori convenzionali
Tradizionalmente, la reazione RWGS funziona meglio a temperature superiori a 800 °C. I catalizzatori a base di nichel vengono spesso utilizzati perché possono resistere a tale calore, ma perdono prestazioni nel tempo poiché le particelle si aggregano, riducendo la superficie e l’efficienza. Il funzionamento a temperature più basse evita questo problema, ma porta anche alla formazione di sottoprodotti indesiderati come il metano, riducendo la produzione di monossido di carbonio.
Per rendere il processo più efficiente e conveniente, i ricercatori hanno cercato catalizzatori che rimangano altamente attivi in condizioni di bassa temperatura. Il team KIER è riuscito a sviluppare un nuovo catalizzatore a base di rame che fornisce risultati eccezionali a soli 400 °C.
Una svolta nella progettazione dei catalizzatori in rame
Il catalizzatore a ossido misto rame-magnesio-ferro di nuova progettazione ha sovraperformato i catalizzatori di rame commerciali, producendo monossido di carbonio 1,7 volte più velocemente e con una resa 1,5 volte superiore a 400 °C.
I catalizzatori di rame hanno un vantaggio chiave rispetto al nichel: possono produrre selettivamente solo monossido di carbonio a temperature inferiori a 400 °C senza formare metano. Tuttavia, la stabilità termica del rame tipicamente si indebolisce vicino a quella temperatura, portando all’agglomerazione delle particelle e alla perdita di attività.
Per risolvere questa sfida, il team del Dr. Koo ha incorporato nel suo progetto una struttura a doppio idrossido stratificato (LDH). Questa struttura a strati contiene sottili fogli di metallo con molecole d’acqua e anioni tra di loro. Regolando il rapporto e il tipo di ioni metallici, i ricercatori hanno messo a punto le caratteristiche fisiche e chimiche del catalizzatore. L’aggiunta di ferro e magnesio ha contribuito a colmare gli spazi tra le particelle di rame, prevenendo efficacemente la formazione di grumi e migliorando la resistenza al calore.
L’analisi a infrarossi in tempo reale e i test di reazione hanno rivelato il motivo per cui il nuovo catalizzatore funziona così bene. I catalizzatori convenzionali al rame convertono la CO2 in monossido di carbonio attraverso composti intermedi chiamati formiati. Il nuovo materiale, tuttavia, aggira completamente questi intermedi, convertendo la CO2 direttamente nella CO sulla sua superficie. Poiché evita reazioni collaterali che producono metano o altri sottoprodotti, il catalizzatore mantiene un’attività elevata anche a una temperatura relativamente bassa di 400 °C.
Prestazioni da record e importanza globale
A 400 °C, il catalizzatore ha raggiunto una resa in monossido di carbonio del 33,4% e un tasso di formazione di 223,7 micromoli per grammo di catalizzatore al secondo (μmol·gcat⁻¹·s⁻¹), mantenendo la stabilità per oltre 100 ore continue. Questi risultati rappresentano un tasso di formazione 1,7 volte più elevato e una resa 1,5 volte più elevata rispetto ai catalizzatori di rame standard. Rispetto ai catalizzatori a base di platino, che sono costosi ma altamente attivi, il nuovo catalizzatore ha comunque sovraperformato con un tasso di formazione 2,2 volte più veloce e una resa 1,8 volte più elevata. Questo lo colloca tra i CO con le migliori prestazioni2 catalizzatori di conversione nel mondo.
“La CO a bassa temperatura2 La tecnologia dei catalizzatori di idrogenazione è un risultato rivoluzionario che consente la produzione efficiente di monossido di carbonio utilizzando metalli abbondanti e poco costosi”, ha affermato il dott. Kee Young Koo, ricercatore capo del progetto. “Può essere applicata direttamente alla produzione di materie prime chiave per combustibili sintetici sostenibili. Andando avanti, continueremo la nostra ricerca per espandere la sua applicazione a contesti industriali reali, contribuendo così alla realizzazione della neutralità del carbonio e alla commercializzazione di tecnologie di produzione di combustibili sintetici sostenibili.”
Note
* Gli E-Fuel sono carburanti sintetici prodotti combinando idrogeno verde, generato con elettricità rinnovabile, e CO2 catturata2 dall’atmosfera o da biomassa sostenibile. Stanno emergendo come un’alternativa promettente ai combustibili fossili convenzionali, soprattutto per settori difficili da decarbonizzare come l’aviazione e il trasporto marittimo.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati online nel maggio 2025 in Catalisi applicata B: ambientale ed energeticarivista leader nel campo della catalisi energetica e ambientale. Lo studio è stato sostenuto dal progetto di ricerca e sviluppo del KIER, “Sviluppo della tecnologia di produzione e-SAF (carburante per aviazione sostenibile) da anidride carbonica e idrogeno”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
