TV7 NEXT - L’ITALIA GUIDA LA CHIMICA VERDE

La CO2, anidride carbonica, è conosciuta soprattutto come uno dei principali gas serra responsabili del riscaldamento globale. La sfida della transizione ecologica è ridurne le emissioni e limitarne l’accumulo in atmosfera. Una parte della ricerca scientifica, però, sta esplorando anche un’altra strada: utilizzare la CO2 come materia prima per processi chimici più sostenibili.
Un importante risultato in questa direzione arriva da uno studio pubblicato il 4 giugno sulla rivista Science e coordinato dall’Università di Bayreuth, in Germania. La ricerca ha coinvolto un’ampia rete internazionale, con un ruolo significativo anche del sistema scientifico italiano: il Consiglio Nazionale delle Ricerche, attraverso l’Istituto di chimica dei composti organometallici, Cnr-Iccom, e l’Istituto per i processi chimico-fisici, Cnr-Ipcf, di Pisa, oltre al Politecnico di Milano.
Il team ha sviluppato una nuova metodologia nel campo della chimica verde, cioè quell’insieme di approcci scientifici pensati per ridurre l’impatto ambientale dei processi chimici, limitare l’uso di sostanze pericolose e aumentare l’efficienza delle trasformazioni industriali.
La novità è l’uso dell’anidride carbonica come fonte diretta di ossigeno per la scissione ossidativa dei doppi legami carbonio-carbonio. Si tratta di una reazione molto importante per produrre molecole ad alto valore aggiunto, utilizzate in ambiti come la farmaceutica e la manifattura.

DALLA CO2 AI PROCESSI CHIMICI PIÙ SOSTENIBILI

La scissione dei doppi legami carbonio-carbonio è una trasformazione chimica rilevante, ma fino a oggi molti metodi si sono basati su reagenti aggressivi e condizioni operative severe. Questo può generare sottoprodotti indesiderati e aumentare l’impatto ambientale dei processi.
La ricerca coordinata dall’Università di Bayreuth prova a superare questo limite partendo da una materia prima abbondante: la CO2. Il problema è che l’anidride carbonica è una molecola molto stabile. Questa stabilità è una delle ragioni per cui è difficile trasformarla e usarla in modo efficiente nelle reazioni chimiche.
L’elemento innovativo dello studio è un fotocatalizzatore eterogeneo a base di ferro, supportato su nitruro di carbonio modificato. Un fotocatalizzatore è un materiale che, grazie alla luce, favorisce una reazione chimica. Il termine “eterogeneo” indica che il catalizzatore si trova in una fase diversa rispetto ai reagenti, una caratteristica utile anche in prospettiva applicativa perché può facilitare il recupero e il riutilizzo del materiale.
Sfruttando l’energia luminosa, il sistema riesce ad alterare temporaneamente la geometria della molecola di CO2, rendendola più reattiva. Questo permette di attivarla in condizioni particolarmente miti: temperatura ambiente e pressione atmosferica. È un dettaglio decisivo, perché molte reazioni industriali richiedono invece alte temperature, pressioni elevate o sostanze più problematiche dal punto di vista ambientale.
Il metodo ha consentito di convertire 45 diversi substrati chimici nei corrispondenti chetoni o acidi carbossilici. Queste classi di molecole sono importanti per diversi settori industriali. Il processo ha inoltre preservato gruppi funzionali normalmente sensibili a condizioni ossidative più drastiche, indicando una buona selettività della reazione.

IL RUOLO DEL CNR E DELLA RICERCA ITALIANA

Lo studio è il risultato di una collaborazione multidisciplinare internazionale. Oltre all’Università di Bayreuth, hanno partecipato il Politecnico di Milano, il Leibniz-Institut für Katalyse di Rostock, l’Università Jagellonica di Cracovia con il Centro nazionale di radiazione di sincrotrone SOLARIS, l’Università di Stoccolma, la Taiyuan University of Science and Technology e il Lanzhou Institute of Chemical Physics della Chinese Academy of Sciences.
All’interno di questa rete, il CNR di Pisa ha portato competenze spettroscopiche, analitiche e computazionali fondamentali per comprendere il funzionamento del sistema. I ricercatori Susanna Monti e Giovanni Barcaro, insieme ai colleghi coinvolti, hanno lavorato alla validazione del meccanismo di reazione e alla verifica della stabilità del fotocatalizzatore.
Sono state utilizzate tecniche avanzate come la risonanza paramagnetica elettronica in situ, indicata con la sigla EPR, la spettroscopia NMR allo stato solido, le microscopie STEM, le analisi XPS e XRD e simulazioni quantomeccaniche. La sigla NMR indica la risonanza magnetica nucleare, usata per studiare la struttura delle molecole e dei materiali. Le tecniche XPS e XRD permettono invece di analizzare composizione chimica e struttura cristallina.
Queste analisi hanno mostrato la robustezza del fotocatalizzatore e la sua stabilità strutturale anche dopo più cicli di utilizzo. È un aspetto importante perché un sistema catalitico, per avere prospettive future, richiede non solo efficacia, ma anche durata e affidabilità.
Il lavoro resta nell’ambito della ricerca fondamentale. Non significa che domani l’industria userà automaticamente questo processo su larga scala. Indica però una direzione promettente: valorizzare la CO2 in trasformazioni chimiche specifiche, riducendo l’uso di ossidanti tradizionali e condizioni operative più pesanti.
Questa ricerca non va confusa con una soluzione generale al problema delle emissioni. Usare la CO2 come reagente non cancella la necessità di ridurre drasticamente i gas serra immessi in atmosfera. Il punto è diverso: alcune quantità di anidride carbonica possono essere trasformate in risorsa per processi ad alto valore, dentro una logica di chimica più sostenibile.
Il valore dello studio sta proprio nella prospettiva: trasformare una molecola stabile e problematica in uno strumento utile, grazie a luce, catalisi e progettazione dei materiali. È un esempio di come la ricerca di base possa aprire possibilità industriali future.
La pubblicazione su Science conferma anche il ruolo della cooperazione scientifica internazionale. Nessun singolo laboratorio avrebbe potuto coprire da solo tutte le competenze richieste: sintesi dei materiali, catalisi, analisi spettroscopiche, simulazioni computazionali e validazione dei meccanismi.
Per l’Italia, la partecipazione del CNR e del Politecnico di Milano mostra una presenza attiva nei filoni più avanzati della chimica verde. È un contributo importante in un settore in cui sostenibilità, industria e innovazione tecnologica sono sempre più intrecciate.
La transizione ecologica non dipende solo da energia rinnovabile, mobilità elettrica o riciclo dei materiali. Passa anche dalla capacità di ripensare i processi chimici alla base di molte produzioni industriali. Rendere queste reazioni meno impattanti significa intervenire in profondità sulla struttura dell’economia.
La CO2 resta una delle grandi sfide ambientali del nostro tempo. Questa ricerca mostra che, in alcuni casi, può diventare anche una risorsa chimica. Non una bacchetta magica, ma un tassello di una strategia più ampia: ridurre le emissioni, usare meglio le materie prime e progettare processi industriali più puliti.

Servizio a cura di Claudia Chasen, redazione TV7.