Con l'aumento vertiginoso delle emissioni di anidride carbonica (CO2), il settore emergente della cattura e dell'utilizzo del carbonio (CCU) propone una soluzione a entrambi i problemi: la creazione di polimeri biodegradabili con un minore contenuto di carbonio, utilizzando le emissioni di CO2 come materia prima. Il recente rapporto di IDTechEx, "Carbon Dioxide (CO2) Utilization 2022-2042: Technologies, Market Forecasts, and Players", analizza le opportunità e le sfide legate alla creazione di questo modello di economia circolare del carbonio.

Come produrre polimeri dalla CO2₂?

Esistono almeno tre principali vie per convertire la CO2_in polimeri: l'elettrochimica, la conversione biologica e la termocatalisi. Quest'ultima è la tecnologia di utilizzo della CO2 più matura_, in cui la CO2_può essere utilizzata direttamente per produrre polimeri a base di CO2_,principalmente policarbonati a catena lineare biodegradabili (LPC), oppure indirettamente, attraverso la produzione di precursori chimici (elementi costitutivi come metanolo, etanolo, derivati ​​dell'acrilato o monoetilenglicole [MEG]) per le reazioni di polimerizzazione.

Tra i polimeri a basso tenore di carbonio (LCP) prodotti a partire da CO2_{si annoverano} il carbonato di polipropilene (PPC), il carbonato di polietilene (PEC) e i poliuretani (PUR), con questi ultimi che rappresentano uno dei principali mercati per_,con applicazioni nei settori dell'elettronica, delle pellicole di imbottitura, delle schiume e dei settori biomedico e sanitario. La CO2_può costituire fino al 50% (in peso) di un poliolo, uno dei componenti principali dei PUR. I polioli derivati ​​dalla CO2 (alcoli con due o più gruppi idrossilici reattivi per molecola) vengono prodotti combinando la CO2_con eteri ciclici (molecole ad anello contenenti ossigeno chiamate epossidi). Il poliolo viene quindi combinato con un componente isocianato per produrre i PUR.

Aziende come Econic, Covestro e Aramco Performance Materials (con proprietà intellettuale acquisita da Novomer) hanno sviluppato nuovi catalizzatori per facilitare la produzione di polioli utilizzando CO2_.I combustibili fossili sono ancora necessari per questo processo termochimico, ma i produttori possono sostituirne una parte con CO2 di scarto_, con conseguenti potenziali risparmi sui costi delle materie prime.

Nel campo delle tecnologie emergenti, i precursori chimici per i polimeri a base di CO2_possono essere ottenuti tramite elettrochimica o sintesi microbica. Mentre la conversione elettrochimica della CO2_in sostanze chimiche è ancora in una fase iniziale di sviluppo, i processi biologici sono più maturi, avendo raggiunto la fase iniziale di commercializzazione. I recenti progressi nell'ingegneria genetica e nell'ottimizzazione dei processi hanno portato all'utilizzo di microrganismi chemioautotrofi in vie biologiche sintetiche per convertire la CO2_in sostanze chimiche, combustibili e persino proteine.

A differenza della sintesi termochimica, questi processi biologici utilizzano in genere condizioni prossime alla temperatura e alla pressione ambiente, con il potenziale di essere meno dispendiosi in termini di energia e più convenienti su larga scala. In particolare, l'azienda californiana Newlight sta introducendo un processo biologico diretto per la produzione di polimeri, in cui il suo microbo converte CO2_, aria e metano catturati in poliidrossibutirrato (PHB), un polimero degradabile enzimaticamente.

Attualmente, la produzione di polimeri a base di CO2 su scala_ancora ridotta rispetto all'industria petrolchimica tradizionale, ma esistono già esempi commerciali di successo. Uno dei volumi più consistenti è quello dei policarbonati aromatici (PC) prodotti a partire da CO2_,sviluppati da Asahi Kasei a Taiwan a partire dal 2012. Più recentemente, l'azienda statunitense LanzaTech ha stretto con successo collaborazioni con importanti marchi come Unilever, L'Oréal, On, Danone, Zara e Lulumelon per utilizzare microrganismi in grado di convertire le emissioni di carbonio catturate dai processi industriali in precursori polimerici – etanolo e MEG – per la produzione di imballaggi, calzature e tessuti.

Le domande restano

Sebbene l'idea di riutilizzare i rifiuti contenenti gas serra come materia prima sembri una soluzione vantaggiosa per tutti, sorgono molti interrogativi di fattibilità per ogni percorso di utilizzo della CO2_.Ridurrà effettivamente le emissioni? Quali sono gli ostacoli finanziari e pratici alla commercializzazione? Può essere ampliato per contrastare significativamente il cambiamento climatico? Queste sono alcune delle difficili domande a cui IDTechEx cerca di rispondere nel suo ultimo rapporto, "Utilizzo dell'anidride carbonica (CO2₎sull'utilizzo_{della CO2} nei mercati dei polimeri e dei prodotti chimici, ma anche sul recupero avanzato di petrolio, sui materiali da costruzione, sui combustibili e sull'aumento delle rese biologiche.

Sebbene l'idea di riutilizzare i rifiuti contenenti gas serra come materia prima sembri una soluzione vantaggiosa per tutti, sorgono molti interrogativi di fattibilità per ogni percorso di utilizzo della CO2_.Ridurrà effettivamente le emissioni? Quali sono gli ostacoli finanziari e pratici alla commercializzazione? Può essere ampliato per contrastare significativamente il cambiamento climatico? Queste sono alcune delle difficili domande a cui IDTechEx cerca di rispondere nel suo ultimo rapporto, "Utilizzo dell'anidride carbonica (CO2₎sull'utilizzo_{della CO2} nei mercati dei polimeri e dei prodotti chimici, ma anche sul recupero avanzato di petrolio, sui materiali da costruzione, sui combustibili e sull'aumento delle rese biologiche.

Il risultato finale

Non tutti gli usi della CO2_sono ugualmente vantaggiosi per gli obiettivi climatici e non tutti saranno economicamente sostenibili su larga scala. Le risorse scarse con usi alternativi dovrebbero essere allocate laddove è più probabile che generino valore economico e mitighino il cambiamento climatico. Poiché la domanda mondiale di plastica non accenna a diminuire, un'economia circolare del carbonio può contribuire a sostenere gli stili di vita delle persone promuovendo un'industria petrolchimica che consideri la CO2 di scarto_come una materia prima valida.