L’anidride carbonica (CO2) può essere usata come materia prima per sostanze necessarie nei processi industriali.
I ricercatori del Fraunhofer Institut stanno lavorando per trasformare questa reazione in un processo continuo, ponendo le basi per una sua applicazione nel mondo reale.
L’anidride carbonica potrebbe presto essere usata come materia prima nella produzione di componenti C1 rilevanti dal punto di vista industriale, come l’acido formico o il metanolo, che contengono solo un atomo di carbonio.
Il metodo potrebbe convertire la CO2 in acido formico utilizzando i nanodiamanti come catalizzatori e irradiandoli con luce UV-C a onde corte in un ambiente acquoso.
I diamanti da impiegare sarebbero prodotti su scala industriale e costituiti in gran parte da carbonio, quindi rappresenterebbero dei catalizzatori economici rispettosi dell’ambiente.
Nell’ambito del progetto CarbonCat, i ricercatori del Fraunhofer IMM (Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme), i laboratori dell’Università di Würzburg e Sahlmann Photochemical Solutions GmbH stanno studiando come applicare queste reazioni nel mondo reale.
Nanodiamanti come catalizzatori
Il team di ricerca ha quindi ideato un modo per applicare il catalizzatore a grandi aree, in particolare piastre di reazione che misurano circa 5 per 9 centimetri.
«Il processo batch che abbiamo utilizzato finora prevede il posizionamento di tutti i componenti in un pallone e l’attesa fino al termine della reazione, ma vogliamo ottenere un funzionamento continuo» spiega il ricercatore Thomas Rehm.
I ricercatori hanno sviluppato un microreattore con una piastra di reazione verticale che presenta microcanali rivestiti con il catalizzatore diamantato.
Nella parte superiore del piatto c’è una fessura in cui l’acqua viene costantemente pompata, facendo scorrere il liquido lungo il piatto.
Le forze capillari provocano la formazione di un film liquido con uno spessore da 10 a 50 micrometri, che riveste costantemente i microcanali.
La CO2 viene direzionata sopra la piastra di reazione dal basso in una configurazione controcorrente.
«In questo modo, possiamo applicare quantità di anidride carbonica molto più elevate direttamente al film del catalizzatore e in un volume minore di soluzione. Ciò migliora il contatto gas-liquido-solido, che può comportare una maggiore conversione di CO2 e quindi una maggiore quantità di acido formico» spiega Rehm.
Un aspetto su cui il team di ricerca sta ancora lavorando è il basso tempo di contatto: lo strato di CO2, acqua e diamante attualmente dispone solo da 10 a 15 secondi per la reazione, tempo non sufficiente per produrre la quantità di acido formico necessaria per le applicazioni del mondo reale.
I ricercatori stanno esaminando due soluzioni: complessi metallici più efficienti per aumentare la velocità di reazione e l’adattamento del reattore per consentire tempi di contatto più lunghi.
