Luce solare e metalli preziosi: come purificare l’aria usando gli scarti

L’odore forte e pungente che esce dai tubi di scarico delle automobili è dovuto alla formazione di una famiglia di composti, gli ossidi di azoto, che vengono prodotti in qualsiasi processo di combustione. La stessa cosa, infatti, accade negli impianti di riscaldamento. Altri odori non gradevoli, in casa e fuori, sono spesso causati dalla presenza di composti organici (cioè a base di carbonio) volatili, che hanno origine dalla degradazione dei rifiuti organici e dalle attività umane. Questi sono tutti segni dell'inquinamento dell'aria che, però, spesso è un nemico silenzioso: non lo percepiamo, ma lo respiriamo.

La buona notizia è che possibile controllare e abbattere alcuni dei composti responsabili dell’inquinamento dell’aria, odorosi e non, utilizzando materiali capaci di degradarli sotto l’azione della luce solare. 

Grazie a questi materiali, chiamati fotocatalizzatori, possiamo sfruttare una sorgente di energia gratuita, rinnovabile e disponibile su tutto il pianeta. Un fotocatalizzatore dalle enormi potenzialità è la titania (TiO2), un composto di titanio e ossigeno che si presenta come polvere bianca e che è capace di degradare diversi inquinanti. 

Normalmente la titania funziona molto bene solo sotto l’azione della luce ultravioletta, che coincide con una piccola frazione della luce che ci arriva dal sole. Quindi per degradare efficacemente gli inquinanti usando la titania si devono usare opportune lampade, consumando energia. Con le nostre ricerche abbiamo però dimostrato che decorare (cioè modificare la parte più esterna del materiale) la titania con piccole quantità di metalli nobili (come argento, oro e platino) rende il materiale in grado di funzionare anche sotto la luce visibile, la frazione più abbondante della luce solare, permettendo quindi di degradare gli inquinanti senza consumare ulteriore energia.

Tutto risolto quindi? Non proprio. Questa strategia causa un notevole aumento nel costo del materiale, ma soprattutto pone un problema di sostenibilità. I metalli nobili, infatti, non sono elementi molto abbondanti sulla Terra ma sono fondamentali per molte altre applicazioni, dai circuiti alla base dei nostri smartphone e dei computer alla produzione di farmaci.

La produzione di metalli nobili in forma adatta al loro utilizzo a partire dai materiali presenti in natura richiede un processo di raffinazione, che consiste in una lunga serie di operazioni e genera molte acque di scarto. Queste acque devono essere opportunamente trattate per limitarne l’impatto sull’ambiente, ma possono rappresentare anche una risorsa: sono infatti ricche di metalli nobili, anche se in una forma non sfruttabile per applicazioni industriali.

Per questo trovare strategie che permettano di recuperare le particelle metalliche presenti in queste acque è molto importante.
Il nostro gruppo di ricerca, in collaborazione con un gruppo dell’Università degli Studi di Milano Statale, ha ideato una maniera per utilizzare le acque di scarto provenienti da un’azienda che si occupa della raffinazione dei metalli nobili per decorare la titania.

In questo modo, la titania è stata decorata con uno, due o addirittura tre metalli nobili. I materiali ottenuti si sono dimostrati molto efficienti nella degradazione di inquinanti responsabili dei cattivi odori dell’aria che respiriamo, come gli ossidi di azoto e i composti organici volatili. 

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Abbiamo quindi dato una seconda vita a uno scarto, evitando che diventasse un’ulteriore fonte di inquinamento. Trasformare un rifiuto in una risorsa ci permette di ridurre la necessità di estrarre nuove materie prime e quindi di diminuire l’impatto delle nostre attività produttive sul cambiamento climatico. Questo modello di produzione e consumo è detto economia circolare ed è alla base del piano europeo per il raggiungimento dell’obiettivo di neutralità climatica entro il 2050. 

La titania decorata ha già un’applicazione pratica: nell’ambito dell’industria ceramica esiste un’ampia linea di prodotti in cui questo materiale viene utilizzato per abbattere l’inquinamento e gli odori, così come i batteri e i microrganismi, risultando anche attiva per processi di autopulizia. La nostra ricerca continua: possiamo sostituire la titania con materiali a base di titanio (in questo caso titanati di metalli alcalino-terrosi) in modo da ridurre ulteriormente costi e migliorare la sostenibilità dei fotocatalizzatori, in modo che possano essere prodotti e utilizzati globalmente per pulire l’aria che respiriamo.