Idrogeno e carbonio dai rifiuti plastici

La maggior parte dei 4,9 miliardi di tonnellate di rifiuti plastici prodotti finora in tutto il mondo viene infatti smaltita in discarica o dispersa nell’ambiente naturale, e si prevede che tale volume complessivo aumenterà a circa 12 miliardi di tonnellate entro il 2050.

In collaborazione con i colleghi di università e istituzioni nel Regno Unito, Cina e Arabia Saudita, i ricercatori del gruppo Edwards/Xiao del Dipartimento di Chimica di Oxford hanno sviluppato un metodo per convertire i rifiuti plastici in idrogeno gassoso (utilizzabile come carburante green) e carbonio solido di alto valore. Ciò è stato ottenuto con un nuovo tipo di catalisi, sviluppata dal gruppo stesso di ricercatori, che utilizza le microonde per attivare le particelle del catalizzatore al fine di “rimuovere” efficacemente l’idrogeno dai polimeri.

Il processo

I risultati descrivono in dettaglio la procedura: si mescolano particelle di plastica polverizzate meccanicamente insieme con un catalizzatore all’ossido di ferro e ossido di alluminio. La miscela viene quindi sottoposta a un trattamento a microonde che genera un grande volume di idrogeno gassoso e un residuo di materiale carbonioso, la maggior parte del quale è formato da nanotubi di carbonio.

Si tratta di un processo rapido per la conversione della plastica in idrogeno e carbonio solido che avviene in un’unica fase e che semplifica significativamente i normali processi di gestione dei rifiuti di plastica, dato che oltre il 97% dell’idrogeno presente nella plastica viene estratto in pochissimo tempo, a basso costo e senza aggravare l’impronta di CO₂.

Una soluzione ai problemi

Il nuovo metodo offre una potenziale soluzione per il problema dei rifiuti plastici, dal momento che invece di inquinare la terra e gli oceani, la plastica potrebbe essere utilizzata come preziosa materia prima per produrre carburante idrogeno e carbonio ad alto valore aggiunto.

Il professor Peter Edwards ha dichiarato: “Questa non è buona scienza applicata, ma piuttosto buona scienza che trova applicazione. Apre un orizzonte completamente inedito alla catalisi in termini di selettività e offre una potenziale soluzione al problema dei rifiuti di plastica a livello globale, in particolare nei paesi in via di sviluppo dove può dare il via all’economia dell’idrogeno mettendo fine al dominio esclusivo dei combustibili fossili”.

“Ma forse, soprattutto, il metodo è fondamentale per la comprensione della chimica, della fisica e dell’ingegneria elettronica in riferimento alla catalisi applicata su scala mesoscopica, oggi alla base di qualsiasi avanzamento serio nell’ambito delle energie sostenibili”.

Scienza pura e scienza applicata

L’idea di questo progresso, che ha molto della “scienza applicata”, trae però le sue origini da un progetto di “scienza pura”, con la profonda comprensione della scienza Simit (transizione da metallo a isolante indotta dalle dimensioni), un argomento che il gruppo Edwards studia da molti anni. L’idea di base di questa scienza è la seguente: se si frammenta un pezzo di metallo altamente conduttore in pezzi sempre più piccoli, c’è uno stadio (cioè una dimensione critica della particella) in cui il metallo smetterà di comportarsi come un metallo?

I ricercatori hanno osservato che quando un metallo ad alta conduttività entra nel cosiddetto regime mesoscopico incrociando la fase di transizione Simit, la conducibilità interna di una particella diminuisce di circa 10 ordini di grandezza, mentre allo stesso tempo l’assorbimento delle microonde aumenta di circa 10 ordini di grandezza. Ciò significa che piccole particelle “metalliche” con dimensioni al disotto del limite Simit si comportano come “super assorbitori di microonde”, fornendo un metodo altamente efficace per riscaldare le particelle del catalizzatore e creando un sistema di piccoli “punti caldi” allorché vengono esposte alla radiazione elettromagnetica a microonde.