Metano ad emissioni 0: IBTimes intervista il Prof. Paolo Fornasiero dell'Università di Trieste

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Di Emiliano Ragoni | 22.08.2012 16:08 CEST

La Redazione di IBTimes ha voluto appronfondire l'argomento :"Metano ad emissioni 0" intervistando il Prof. Paolo Fornasiero dell'Università di Trieste  che insieme all'Università di Pennsylvania e di Cadice ha contribuito alla realizzazione di un catalizzatore 30 volte più efficace rispetto a quelli tradizionali attualmente installati sui veicoli a metano.

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IBTimes: Com'è nata l'idea di realizzare questo catalizzatore e la conseguente collaborazione con l'Università di Pennsylvania?

Prof. Paolo Fornasiero: Da quasi una decina di anni ho una collaborazione con il Professor Raymond J. Gorte della University of Pennsylvania (Upenn) di Philadelphia. In quest'ambito ho coinvolto il collega ed amico Ray nello sviluppo di catalizzatori di tipo core-shell per varie applicazioni nel campo dell'energia, con particolare riferimento alle celle a combustibile ad ossidi solidi (Solid Oxide Fuel Cells - SOFC) e ai processi catalitici di purificazione dell'idrogeno. Un ruolo fondamentale, in questo contesto è stato svolto dal Dr. Matteo Cargnello che ha trascorso alla Upenn due periodi di complessivi 9 mesi prima e durante il dottorato di ricerca che ha svolto sotto la mia supervisione.  Proprio questa stretta sinergia ed amicizia personale tra i membri dei due gruppi di ricerca ha consentito di realizzare un catalizzatore unico ed innovativo per una reazione molto importante da un punto di vista energetico ed ambientale. Importante è anche la collaborazione con L'Univesità spagnola di Cadice, che ha contribuito alla caratterizzazione strutturale dei materiali ottenuti, impiegando le più moderne tecniche di indagine quali la microscopia elettronica ad alta risoluzione e la tomografia.

IBTimes: A livello strutturale questo catalizzatore differisce da quelli tradizionali: in cosa riesce ad essere più efficace?

Prof. Paolo Fornasiero: I catalizzatori più attivi finora conosciuti  erano già costituiti da palladio e ossido di cerio. La fase attiva è l'ossido di palladio, che in condizioni di reazione si può decomporre reversibilmente a palladio metallico perdendo una parte della sua attività. Normalmente un catalizzatore è preparato depositando la fase attiva (a base di palladio nel nostro caso) su un supporto preformato (nel nostro caso l'ossido di cerio). Alcuni recenti risultati indicavano che un migliore contatto tre fase attiva e supporto potevano aumentare l'attività del catalizzatore. Così noi abbiomo progettato e realizzato delle nanoparticelle di metallo (il cuore del catalizzatore) e le abbiamo ricoperte da uno strato di ossido di cerio poroso (protettivo ma che consente ai reagenti, metano e ossigeno, di raggiungere il cuore del catalizzatore). Abbiamo così ottenuto un catalizzatore core-shell. Ma non basta, queste unità di per se non sono termicamente stabili alle alte temperature di reazione. Con una chimica simile a quella del "lego" abbiamo quindi depositato queste unità su un materiale (ossido di alluminio) opportunamente trattato e modificato al fine di mantenerle ben separate le une dalle altre e soprattutto stabili nelle condizioni operative di processo. E' stato un successo! Il catalizzatore è estremamente attivo e non si disattiva.In particolare, il  guscio protettivo di ossido di cerio che circonda il cuore di palladio ritarda la decomposizione dell'ossido di palladio e quindi rende più stabile il catalizzatore

IBTimes: Ci potrebbe spiegare brevemente come agisce questo catalizzatore a livello di abbattimento degli inquinanti immessi in atmosfera dalle normali autovetture a metano?

Prof. Paolo Fornasiero: Le normali macchine a metano non riescono a ossidare (bruciare) completamente il metano formando acqua e anidride carbonica. Ciò ha un duplice risvolto negativo. Una parte del metano non viene trasformata in energia e si perde. Inoltre, il metano emesso è un inquinante, avendo un effetto serra 20 volte superiore a quello della anidride carbonica. Va detto che la frazione di metano incombusta è estremamente piccola ma l'impatto globale delle emissioni è significativo ed oggetto di crescente attenzione.

IBTimes: In futuro installando questo catalizzatore potremo dire di avere un'auto a metano praticamente ad "impatto 0"? In cosa si potrebbe migliorare a livello di inquinanti prodotti?

Prof. Paolo Fornasiero: Il catalizzatore sviluppato può certamente consentire un efficace abbattimento delle emissioni di metano incombusto dalle automobili a metano, a patto che superi test prolungati di stabilità in prototipi che utilizzano metano commerciale di bassa purezza. Bisogna ricordare che il motore a metano produce anche altri tipi di inquinanti quali gli ossidi di azoto che si formano per reazione a caldo tra l'ossigeno e l'azoto che sono presenti nell'aria di alimentazione del metano. Le temperature mediamente non elevatissime che si incontrano nella camera di combustione di un auto a metano (sono molto più elevate in una turbina a gas) fanno si che la quantità di ossidi di azoto prodotta non sia elevata. Esistono comunque tecnologie per ridurre o abbattere anche questo tipo di inquinante. Un altro problema è quello del particolato, tipico degli autoveicoli diesel, minimo ma non assente nei motori a metano. Il nostro catalizzatore può avere un benefico ruolo anche in tale settore.

IBTimes:Pensa che questo prodotto potrebbe avere un'impatto positivo sul mercato dell'automotive e in particolare sui mezzi a metano?

Prof. Paolo Fornasiero: Abbiamo già ricevuto una notevole attenzione da aziende leader mondiali nel settore e siamo fiduciosi che la nostra scoperta possa contribuire a rendere più sostenibili  e quindi più diffuse le auto a metano.

IBTimes: Cosa ne pensa del futuro dell'automotive e dei mezzi "sostenibili" (auto elettriche, ibride...etc...)? Verso quale direzione si andrà? verso l'elettrico?

Prof. Paolo Fornasiero: il mercato dell'auto è estremamente complesso in quanto collegato a dinamiche sociali di grande rilievo (ad esempio quello dell' urbanizzazione), a problematiche economiche correlate ai  giganteschi investimenti infrastrutturali su periodi medio-lunghi (si pensi alla necessità di reti capillari di distribuzione dei vettori energetici), a problematiche ambientali (inquinamento dell'aria) e alle necessità di reperimento di fonti energetiche alternative a quelle fossili. Nel contesto di una crescente domanda energetica, appare ovvia l'impossibilità di dare una soluzione unica ad un simile problema. Sono convinto che attraverso soluzioni intermedie (auto ibride) si passerà ad una diversificazione dei vettori energetici, includendo i bio-carburanti almeno come additivi, per passare a autoveicoli con bombustibili più puliti ed innovativi, cito solo a titolo esemplificativo l'idrogeno (magari dallo splitting fotocatalitico dell'acqua)  o i combustibili solari. Ogni soluzione dovrà essere integrata nel contesto locale, considerando aspetti di sostenibilità ambientale, energetica ed economica. Ad esempio il bioetanolo di prima generazione non ha più senso, mentre quello di seconda, terza o di nuova generazione ha significato, anche se su scala limitata (rispetto alle quantità di petrolio oggi in discussione) e in certi contesti. Le auto elettriche sono in quest'ambito una transizione interessante. Sono "pulite" durante la loro vita, le prestazioni delle loro batterie sono significativamente migliorate e il loro smaltimento a fine vita è stato progettato con buoni risultati. Rimane ovviamente il problema legato alla produzione della corrente elettrica. Anche se controllare le emissioni inquinanti da un impianto stazionario è più semplice rispetto a un motore mobile, tale aspetto va attentamente considerato. Credo che le auto elettriche avranno un maggiore ruolo, ma non saranno la soluzione finale...o quantomeno non l'unica.

IBTimes: Pensa che si siano fatti dei passi in avanti notevoli per quanto concerne l'abbattimento delle emissioni inquinanti dei mezzi di trasporto (pubblici e privati)?

Prof. Paolo Fornasiero: Sono stati fati passi giganti. Una macchina a benzina agli inizi degli anni 70 poteva produrre l'enorme quantità di 70 grammi di CO per Km, oggi tali emissioni sono abbattute di oltre il 98% e analogamente estremamente ridotte sono le emissioni di ossidi di azoto, zolfo e particolato. Parliamo delle moderne autovetture in circolazione nei paesi sviluppati. Sfortunatamente, il numero degli autoveicoli in circolazione e soprattutto il loro utilizzo è aumentato drammaticamente e le previsioni sui mercati cinesi e indiani, se da un lato fanno ben sperare per l'economia, non lasciano dubbi sui riflessi nella qualità dell'aria complessiva. E' essenziale quindi che i catalizzatori di tutti gli autoveicoli siano sempre più efficienti, soprattutto nelle fasi delicate di avvio del motore e durante la guida in città. 

IBTimes: Domanda retorica ma obbligatoria: come vede il futuro della ricerca in Italia? E' ancora possibile riuscire ad ottenere qualche finanziamento? Sotto questo aspetto, contrapponendo l'Italia agli Stati Uniti ci può dire quali sono le differenze più grandi?

Prof. Paolo Fornasiero: Inizio con un confronto tra alcune cifre della mia Università e quelle della statunitense Upenn. Il numero di studenti complessivo è simile (circa 20.000 studenti). Il budget complessivo è però stratosfericamente differente. La Upenn, tra  le prime università al mondo, gestisce annualmente  oltre 6 miliardi di dollari (didattica e ricerca) mentre L'Università di Trieste non supera i 150 milioni di euro. Difficile in questo contesto attendersi dei finanziamenti "interni". La mia università, nonostante le difficoltà contestuali, ha creduto nelle capacità del mio gruppo e mi ha concesso un piccolo ma fondamentale finanziamento, del quale ringrazio. Detto ciò, oggi in Italia non è semplice ottenere finanziamenti significativi e soprattutto a lungo temine. Spesso i ricercatori trascorrono più tempo a scrivere progetti che non vengono finanziati rispetto al tempo dedicato alla ricerca vera. Bello sarebbe che ci fossero finanziamenti per ricercatori giovani che consentano loro di lavorare per almeno 5 anni, con un rigoroso controllo a posteriori dei risultati ottenuti. Investire sui giovani e in ricerca è fondamentale e anche le aziende italiane dovrebbero considerarlo prioritariamente. Spesso si pensa che al MIT o a Oxford si faccia scienza e tecnologia ad un livello estremamente superiore rispetto a quello delle Università o dei centri di ricerca italiani, ma non è sempre così. Al contempo, ci lamentiamo della fuga dei cervelli all'estero. La competizione per i finanziamenti europei è alta ma in questa direzione ci dobbiamo muovere.  Senza o con pochi finanziamenti le buone idee possono nascere ma non si realizzano. In questo contesto la molla vincente sta nelle collaborazioni scientifiche con istituzioni di eccellenza a livello internazionale.Vorrei sottolineare che una grandissima parte della ricerca in italia, e certamente della mia attività di ricerca non sarebbe possibile senza la competenza, la passione e la dedizione di molti giovani precari della ricerca e desidero ringrazierli citandoli: Tiziano Montini, Matteo Cargnello, Valentina Gombac, Barbara Lorenzut, Loredana De Rogatis. La condizione di "precario" non ha di per se un'accezione negativa. All'estero il precariato esiste ma non è patologico. In Italia la situazione è invece drammatica in quanto gli stipendi sono inadeguati e le prospettive future pressochè nulle per la stragrande maggioranza dei giovani post-doc.

Il team di ricerca del Prof. Fornasiero Da sinistra Matteo Cargnello, Francisca Kesten, Lianqin Wang, Paolo Fornasiero, Serena Burato, Tiziano Montini, Alessandra Luisa, Valentina Gombac e Mauro Graziani
Il team di ricerca del Prof. Fornasiero Da sinistra Matteo Cargnello, Francisca Kesten, Lianqin Wang, Paolo Fornasiero, Serena Burato, Tiziano Montini, Alessandra Luisa, Valentina Gombac e Mauro Graziani

 

La Redazione di IBTimes ringrazia il Prof. Paolo Fornasiero e tutto il suo team di ricerca per la disponibilità e la professionalità dimostrata.

 

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Team di ricerca del Prof. Paolo Fornasiero
(Foto: Univ. Trieste / )
Il team di ricerca del Prof. Fornasiero Da sinistra Matteo Cargnello, Francisca Kesten, Lianqin Wang, Paolo Fornasiero, Serena Burato, Tiziano Montini, Alessandra Luisa, Valentina Gombac e Mauro Graziani
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