I ricercatori del MIT hanno recentemente sviluppato un innovativo catalizzatore in grado di trasformare il metano in polimeri a temperatura ambiente e pressione atmosferica normale. Questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo sulle emissioni di metano provenienti da settori come l’agricoltura e le industrie energetiche, offrendo una soluzione sostenibile che sfrutta una combinazione di enzimi e zeoliti per convertire il metano in metanolo, formaldeide e infine in preziosi polimeri come l’urea-formaldeide.
Il metano, sebbene meno diffuso rispetto al biossido di carbonio, è un gas serra molto potente a causa della sua particolare struttura molecolare. Il professor Michael Strano, esperto di ingegneria chimica al MIT e autore principale dello studio, sottolinea che trovare un’utilità per il metano è una sfida da tempo attesa, poiché rappresenta una fonte di carbonio che va mantenuta lontana dall’atmosfera e trasformata in qualcosa di benefico.
Il catalizzatore sviluppato dal MIT opera a temperatura ambiente e pressione atmosferica normale, il che potrebbe facilitarne l’implementazione in siti di produzione di metano come centrali elettriche e allevamenti. Lo studio, pubblicato su Nature Catalysis il 4 dicembre, è stato guidato da Daniel Lundberg, dottorando, e dal postdoc Jimin Kim, con il contributo di Yu-Ming Tu e Cody Ritt.
Il metano è prodotto principalmente da batteri chiamati metanogeni, presenti in discariche, paludi e altri ambienti di biomassa in decomposizione. È una fonte significativa di gas serra, contribuendo approssimativamente al 15% dell’aumento della temperatura globale. A livello molecolare, il metano è composto da un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno, una struttura che lo rende un candidato ideale per la produzione di polimeri.
Per convertire il metano in altri composti senza richiedere un’elevata energia, i ricercatori hanno progettato un catalizzatore ibrido che combina una zeolite con un enzima naturale. Le zeoliti sono minerali economici simili all’argilla, noti per catalizzare la conversione del metano in biossido di carbonio. In questo caso, è stata utilizzata una zeolite chiamata silicato di alluminio modificato con ferro, accoppiata con un enzima chiamato ossidasi degli alcoli.
Questo catalizzatore ibrido permette una reazione a due fasi: la zeolite converte il metano in metanolo, mentre l’enzima trasforma il metanolo in formaldeide. Durante questa reazione, viene generato perossido di idrogeno, che viene riutilizzato nella zeolite per fornire ossigeno per la conversione del metano in metanolo.
Le reazioni avvengono a temperatura ambiente e non richiedono elevate pressioni. Le particelle del catalizzatore sono sospese in acqua, che può assorbire il metano dall’ambiente circostante. I ricercatori ipotizzano che il catalizzatore potrebbe essere applicato su superfici per future applicazioni.
Una volta ottenuta la formaldeide, i ricercatori hanno dimostrato di poter generare polimeri aggiungendo urea, una molecola contenente azoto. Questo ha portato alla creazione di un polimero simile a una resina chiamato urea-formaldeide, attualmente utilizzato in vari prodotti come pannelli di particelle e tessuti.
Il laboratorio di Strano sta attualmente lavorando su catalizzatori per rimuovere il biossido di carbonio dall’atmosfera e combinarlo con nitrato per produrre urea, che potrebbe essere utilizzata insieme alla formaldeide prodotta dal catalizzatore zeolite-enzima per generare urea-formaldeide.
Questa ricerca, finanziata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, potrebbe aprire nuove prospettive nel settore della catalisi, offrendo soluzioni innovative per la riduzione delle emissioni di gas serra e la produzione di materiali utili.
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