Un materiale appena scoperto assorbe l’anidride carbonica più velocemente degli alberi

Un nuovo materiale poroso, composto da molecole cave, simili a gabbie, cattura alcuni dei gas serra più potenti e persistenti nell’atmosfera. Appena scoperto da un team di scienziati guidato dai ricercatori dell’Università Heriot-Watt di Edimburgo (Regno Unito), il nuovo materiale è in grado di assorbire l’anidride carbonica (CO2) più velocemente degli alberi e di immagazzinare anche alte quantità di esafloruro di zolfo (SF6), il più potente gas serra conosciuto.

La scoperta è stata accolta con entusiasmo dagli studiosi, che hanno definito il nuovo materiale “interessante” perché potrebbe diventare un importante strumento nello sviluppo di tecnologie di cattura dei gas serra dall’atmosfera. “Anche quando smetteremo di emettere anidride carbonica, ci sarà comunque un’enorme necessità di catturare le emissioni già presenti nell’ambiente – ha spiegato il dottor Marc Little dell’Istituto di Scienze Chimiche dell’Università Heriot-Watt e co-autore senior della ricerca – . Piantare alberi è un modo molto efficace per assorbire il carbonio, ma è molto lento. Perciò abbiamo bisogno di un intervento umano, come le molecole prodotte dall’uomo, per catturare i gas serra dall’ambiente in modo efficiente e più rapido”.

Il nuovo materiale che assorbe la CO2 più velocemente degli alberi

Il materiale appena scoperto dai ricercatori è una “gabbia di gabbie”, ovvero un materiale costituito da blocchi di molecole – noti come gabbie prismatiche trigonali [2+3] – che, mediante sintesi chimica, vengono assemblati in una “gabbia tetraedrica [4[2+3]+6]”: questo processo sintetico, spiegano gli studiosi in un articolo di ricerca pubblicato questa settimana sulla rivista Nature Synthesis, conferisce alle molecole della gabbia tetraedrica [4[2+3]+6] una buona solubilità e, soprattutto, la possibilità di cristallizzare in una sovrastruttura porosa (i blocchi costitutivi [2+3] non sono porosi).

Nello specifico, le molecole della gabbia [4[2+3]+6] hanno mostrato “elevati assorbimenti di CO2 e SF6 grazie al loro scheletro polare” hanno precisato gli autori dello studio che, in esperimenti di laboratorio, hanno testato l’efficienza del nuovo materiale, evidenziando come l’abbondanza di atomi polari nella cavità della gabbia abbia conferito “un’elevata capacità di assorbimento”.

La sintesi della “gabbia di gabbie”, una gabbia tetraedrica [4[2+3]+6] – indicata in figura come [4[2+3]+6]cage – che è stata ottenuta a partire da gabbie prismatiche trigonali [2+3] – indicata come Cage-3-Cl – assemblate con il tetrafluoroidrochinone (TFHQ) in una soluzione di N -diisopropiletilammina (DIPEA) e acetone / Credit: Nature Synthesis 2024

Per prevedere il modo in cui i blocchi di molecole si sarebbero assemblati, gli studiosi hanno utilizzato simulazioni al computer prima di procedere con la sintesi chimica vera e propria, scegliendo come elemento costitutivo una gabbia prismatica trigonale [2+3] a ponte etereo, Cage-3-Cl, la cui stabilità geometrica e l’eccellente stabilità chimica hanno poi consentito l’assemblaggio con il tetrafluoroidrochinone (TFHQ) nella “gabbia di gabbie” finale.

Secondo il dottor Little, questa strategia di progettazione potrebbe essere ulteriormente migliorata mediante l’uso di strumenti di intelligenza artificiale (IA). “La combinazione di studi computazionali come i nostri con le nuove tecnologie di IA potrebbe creare una fornitura senza precedenti di nuovi materiali porosi per aiutare a risolvere le più grandi sfide della società  – dice Marc Little – . Il nostro studio è un passo importante in questa direzione ma, se saremo in grado di utilizzare strumenti di intelligenza artificiale, allora potremo davvero prevedere questi materiali in modo più rapido e accurato, accelerandone la scoperta”.