L’industria chimica diventa sostenibile: uno studio Unipd per la produzione di etilene puro utilizza la luce solare come fonte energetica
Il team di ricerca internazionale coordinato dalla dottoressa Francesca Arcudi e dal professor Luka Ðorđević del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova e dal professor Joe Hupp della Northwestern University, ha recentemente riportato una efficiente strategia per convertire l’acetilene ad etilene. Lo studio Photocatalytic Semi-Hydrogenation of Acetylene to Polymer-Grade Ethylene with Molecular and Metal–Organic Framework Cobaloximes, pubblicato sulla prestigiosa rivista Advanced Materials, rappresenta un’alternativa sostenibile al processo utilizzato in industria.
L’etilene, che è la sostanza chimica più importante nell’industria moderna, con una produzione annua pari a circa 200 milioni di tonnellate, viene impiegato per la sintesi di numerosi composti organici ed è alla base della produzione di più del 60% di tutti i materiali plastici. Tuttavia, il processo di pirolisi petrolchimica che viene attualmente adottato per la sintesi dell’etilene, con la purificazione del prodotto ottenuto dalla trasformazione dell’acetilene, necessita di elevate temperature e di metalli nobili (costosi e difficili da reperire) come catalizzatori. Si tratta quindi di un processo chimico che comporta delle ricadute negative in termini di sostenibilità, anche per la sua limitata selettività, che consente solo una parziale conversione dell’acetilene in etilene.
Arcudi e Ðorđević sono stati i primi, nel 2022, a trovare un’alternativa sostenibile a questa reazione industriale mediante l’utilizzo della luce. Questa scoperta è stata oggetto di due precedenti pubblicazioni e di due brevetti, ma è proprio questo nuovo studio, appena pubblicato, a rappresentare un significativo passo in avanti in termini di efficienza e selettività del processo di sintesi dell’etilene. Il sistema riportato dal gruppo guidato dai giovani ricercatori patavini ha mostrato sorprendenti risultati: rispetto ai processi tradizionali che raggiungono una selettività di circa 85% per l’etilene con una conversione di acetilene del 90%, questo nuovo sistema che utilizza la luce raggiunge una selettività superiore al 99.9% per l’etilene con una completa conversione di acetilene. Inoltre, tali efficienze e selettività sono state raggiunte in solo meno di un’ora di irradiazione.
<<Abbiamo scoperto che una classe di molecole a base di cobalto, un metallo non nobile, è in grado di ridurre l’acetilene ad etilene impiegando la luce come fonte energetica. Con il nostro sistema, rispetto a quello utilizzato in industria, è possibile far avvenire questa importante trasformazione chimica a temperatura ambiente impiegando dei materiali poco costosi>> spiega Francesca Arcudi.
<<Grazie all’impiego della luce abbiamo generato dei cobalto idruri altamente reattivi e selettivi per questa reazione. Inoltre, è importante sottolineare che siamo stati in grado di sviluppare dei materiali che possono anche essere riciclati>> aggiunge Anna Fortunato, assegnista di ricerca del Dipartimento di Scienze Chimiche e prima autrice dell’articolo.
<<Le alte efficienze riportate in questo studio, oltre a rendere il nostro sistema un’alternativa sostenibile all’attuale processo di purificazione dell’etilene, aprono anche nuove prospettive per produrre etilene puro direttamente dall’acetilene utilizzando la luce solare, fonte di energia pulita, inesauribile e rinnovabile>> spiega Luka Ðorđević.
Questo studio, che fornisce un notevole contributo alla transizione verso un’industria chimica più sostenibile, è stato svolto nell’ambito del progetto europeo ERC starting grant recentemente finanziato dall’Unione Europea del professor Luka Ðorđević, e dei progetti di ricerca della dottoressa Francesca Arcudi per il programma Rita Levi Montalcini del Ministero dell’Università e della Ricerca e per lo STARS consolidator grant che le è stato recentemente finanziato dall’Università di Padova.
Per maggiori dettagli consultare il testo completo della pubblicazione.
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