Inorganici e biocatalizzatori lavorano insieme per ridurre la CO2
In una cascata ibrida, la CO2 dannosa per il clima viene ritrasformata in prezioso metanolo
Per recuperare sostanze preziose dallaCO2, questa deve essere ridotta in molti singoli passaggi. Se si utilizza l'elettrocatalisi, si formano molte molecole potenzialmente diverse, che non possono necessariamente essere utilizzate. I biocatalizzatori, invece, sono selettivi e producono un solo prodotto, ma sono anche molto sensibili. Un team di ricerca internazionale guidato dal Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann del Centro di elettrochimica della Ruhr-Universität Bochum e dal Dr. Felipe Conzuelo dell'Universidade Nova de Lisboa ha sviluppato una catalisi ibrida a cascata che sfrutta i vantaggi di entrambi i processi. I ricercatori ne riferiscono sulla rivista "Angewandte Chemie" del 23 dicembre 2024.
Vantaggi e svantaggi dell'elettro e biocatalisi
Il metanolo è una delle sostanze che vorremmo ottenere dallaCO2 dannosa per il clima. Viene spesso utilizzato come materia prima di sintesi nell'industria chimica. "Per produrre metanolo sono necessarie molte fasi di riduzione, poiché l'anidride carbonica è la forma più ossidata del carbonio", spiega Wolfgang Schuhmann. L'elettrocatalisi è in grado di avviare queste fasi. Tuttavia, pur essendo selettiva nella prima fase, il percorso di reazione si ramifica e si formano fino a 16 prodotti diversi, non necessariamente metanolo. La situazione è diversa con i biocatalizzatori: questi enzimi naturali catalizzano esattamente una sola reazione e quindi producono un solo prodotto finale. Tuttavia, sono complicati da gestire, molto sensibili o richiedono cofattori per la reazione.
Combinare i due processi
Per combinare i vantaggi di entrambi i processi, il team guidato dai primi autori Panpan Wang e Xin Wang ha unito elettrocatalisi e biocatalisi. Mentre la prima fase della reazione daCO2 a formiato è elettrocatalitica, la seconda e la terza fase sono catalizzate dalla formaldeide deidrogenasi e dall'alcol deidrogenasi. Questi enzimi richiedono come cofattore il NAD (nicotinammide adenina dinucleotide), che viene consumato dalla catalisi e deve essere rigenerato. Questa rigenerazione è ottenuta da un terzo enzima. Infine, viene prodotta la preziosa sostanza metanolo.
"Il lavoro dimostra che queste cascate ibride sono possibili in linea di principio e rendono selettive reazioni complesse a più fasi", riassume Wolfgang Schuhmann.
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