Gli oceani rappresentano il più grande serbatoio naturale di carbonio della Terra: assorbono circa il 25–26% delle emissioni antropiche di CO₂, equivalenti a oltre 140 volte il contenuto atmosferico per volume. Questa funzione di “polmone blu” mitiga il cambiamento climatico, ma ha un costo: l’aumento della CO₂ disciolta provoca acidificazione e minaccia gli ecosistemi marini. Trasformare questa anidride carbonica in risorsa per la produzione di materiali e prodotti industriali rappresenta dunque una sfida cruciale per la sostenibilità. Un gruppo di ricercatori guidati da Chuan Xia ha presentato su Nature Catalysis un sistema artificiale che cattura CO₂ dall’acqua marina e la converte in precursori di plastiche biodegradabili.
L’approccio si inserisce nel paradigma della circular carbon economy, che punta a ridurre, riutilizzare, riciclare e rimuovere il carbonio, trasformandolo da problema ambientale a materia prima per nuovi processi industriali.
Un nuovo tipo di cattura diretta dall’oceano
La tecnologia appartiene alla famiglia dei sistemi di electrochemical direct ocean capture (eDOC), che estraggono CO₂ dal mare sfruttando l’equilibrio naturale con l’atmosfera, evitando la fase energivora di adsorbimento richiesta dalla cattura diretta dall’aria. Il prototipo sviluppato si basa su un reattore elettrolitico a elettroliti solidi, capace di operare in acqua marina naturale senza necessità di pre-trattamento (un limite delle tecnologie precedenti). Il sistema ha raggiunto:
- efficienza di cattura superiore al 70%,
- consumo energetico di circa 3 kWh per kg di CO₂,
- stabilità operativa continua per oltre 536 ore (22 giorni), superando nettamente i limiti di durabilità di altri dispositivi (1,6–10 ore).
L’analisi tecnico-economica mostra un costo competitivo di 229,9 dollari per tonnellata di CO₂ catturata, paragonabile alle tecnologie più avanzate disponibili.
Dalla CO₂ marina all’acido succinico
Una volta estratta, la CO₂ viene elettrocataliticamente ridotta a acido formico mediante un catalizzatore a base di bismuto (Bi). Questo passaggio è cruciale perché l’acido formico rappresenta un intermedio energetico e facilmente utilizzabile da microrganismi. Il team ha quindi impiegato un ceppo ingegnerizzato del batterio marino Vibrio natriegens, noto per la sua rapidità di crescita e tolleranza all’acido formico. Attraverso percorsi metabolici ottimizzati, i batteri hanno trasformato l’acido formico in acido succinico, un composto chiave nella chimica industriale e precursore del poli(butilene succinato) (PBS), una plastica biodegradabile con applicazioni in imballaggi e materiali monouso.
I risultati sperimentali mostrano una produzione di fino a 1,37 g/L in bioreattori da 5 litri, dimostrando la scalabilità del processo.
Verso un’economia circolare del carbonio
Questo approccio non si limita alla produzione di bioplastiche. La piattaforma potrebbe infatti essere adattata per ottenere combustibili, farmaci, additivi alimentari e altri prodotti chimici semplicemente modificando catalizzatori ed enzimi coinvolti nei due stadi (elettrocatalitico e microbico).
In prospettiva, il sistema integra tre pilastri:
- Decarbonizzazione: riduzione della CO₂ atmosferica sfruttando l’oceano come serbatoio temporaneo.
- Produzione sostenibile: creazione di precursori chimici senza ricorrere al petrolio.
- Economia circolare: chiusura del ciclo del carbonio con ridotto impatto ecologico.
Sfide e prospettive
Nonostante i risultati promettenti, restano alcuni limiti da affrontare:
- i rendimenti di conversione devono essere ulteriormente migliorati;
- il costo dell’integrazione industriale va ridotto;
- è necessario verificare l’impatto ecologico del reimmissione in mare delle acque trattate.
Il lavoro di Xia e colleghi segna un passo significativo verso un futuro in cui il carbonio catturato non è più un rifiuto da stoccare, ma una materia prima per un’industria verde, in grado di alleggerire la pressione sull’ambiente e aprire nuove frontiere alla chimica sostenibile.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?