Le super-spugne che assorbono la CO2 diventano realtà

2025-10-17 01:29:36

L’industria della cattura del carbonio sta vivendo una rivoluzione silenziosa, trainata da materiali che fino a poco tempo fa sembravano destinati a rimanere relegati nei laboratori accademici. Dopo oltre tre decenni di ricerca e innumerevoli tentativi di commercializzazione falliti, i

metal-organic frameworks

(MOF) stanno finalmente trovando la loro strada verso applicazioni industriali concrete. La svolta è arrivata quest’anno con l’apertura di una fabbrica da 150 milioni di dollari in Canada, che rappresenta il primo esempio di produzione su scala industriale di questi materiali per la cattura di anidride carbonica.

Dalle spugne molecolari alle applicazioni concrete

I MOF sono strutture cristalline porose che possono essere immaginati come impalcature molecolari con enormi cavità interne. Un solo grammo di questa polvere può avere una superficie interna equivalente a un campo da calcio, rendendoli i materiali solidi più porosi al mondo. Questa caratteristica straordinaria ha affascinato i chimici fin dalla loro invenzione nel 1989, quando Richard Robson dell’Università di Melbourne descrisse per la prima volta questi "materiali polimerici solidi con proprietà senza precedenti e potenzialmente utili". La struttura dei MOF è costruita da ioni metallici collegati da lunghe molecole organiche simili a bastoncini. Controllando attentamente i solventi e le condizioni di cristallizzazione, i ricercatori possono creare pori di dimensioni precise e consistenti, a differenza di materiali porosi naturali come le argille. Nel corso degli anni, sono state create oltre 100.000 varianti di MOF nei laboratori di tutto il mondo, testate per immagazzinare gas, fungere da catalizzatori, filtrare sostanze tossiche dall’acqua e rilasciare farmaci.

Il lungo cammino verso la commercializzazione

Nonostante l’enorme interesse accademico, dimostrato da oltre 100.000 pubblicazioni scientifiche, i MOF hanno faticato a trovare applicazioni commerciali. Negli anni 2000, l’attenzione si concentrò sull’

immagazzinamento dell’idrogeno

, in coincidenza con l’interesse dell’amministrazione Bush per un’economia basata su questo combustibile. La multinazionale chimica BASF investì precocemente nella tecnologia, annunciando nel 2010 la produzione industriale di MOF. Tuttavia, quella promessa si rivelò prematura. L’immagazzinamento dell’idrogeno attraverso i MOF presentava sfide tecniche enormi, dai costi di produzione elevati alle difficoltà di riempimento rapido ed efficiente dei serbatoi. Contemporaneamente, l’interesse per l’idrogeno come combustibile diminuì, soppiantato dall’ascesa delle auto elettriche e dal calo dei costi dell’energia solare.

A volte per i materiali è solo questione di aspettare l’opportunità di mercato giusta

La svolta della cattura del carbonio

La rinascita commerciale dei MOF è arrivata grazie a Svante Technologies, che ha inaugurato la fabbrica Redwood a Burnaby, nel Canada. L’azienda, inizialmente focalizzata sulla rimozione di CO2 dai gas di scarico industriali, stava sviluppando un materiale a base di silice che si degradava troppo rapidamente per essere pratico. Il CEO Claude Letourneau si rivolse quindi al gruppo accademico di George Shimizu dell’Università di Calgary, che aveva sviluppato un MOF chiamato

CALF-20

. Questo materiale a base di zinco è in grado di catturare molecole di CO2 nei suoi pori anche in presenza di acqua, componente principale dei gas di scarico industriali. La sfida principale era il costo: la produzione di CALF-20 era troppo costosa per essere commercialmente viabile. Shimizu riuscì però a sviluppare un processo di sintesi semplificato utilizzando sostanze chimiche a basso costo disciolte in una miscela di acqua e metanolo.

Un mercato in espansione

Svante ha collaborato con BASF per sviluppare un processo multi-tonnellata, e oggi la multinazionale tedesca produce CALF-20 per l’azienda canadese. Secondo le stime di Shababa Selim, analista di IDTechEX, il mercato dei MOF potrebbe crescere di 30 volte nel prossimo decennio, passando dai 30 milioni di dollari attuali a 930 milioni entro il 2035. Altre aziende stanno seguendo questa tendenza. Promethean Particles, nata dall’Università di Nottingham per sviluppare nanoparticelle, si è riconvertita ai MOF per la cattura del carbonio. La irlandese Nuada sta sperimentando un prodotto basato su MOF in un impianto di incenerimento nel Regno Unito. Tuttavia, secondo le informazioni pubbliche disponibili, il processo BASF-Svante rimane l’unico a produrre MOF su scala commercialmente rilevante.

Oltre la cattura del carbonio

I MOF potrebbero non essere adatti a tutte le forme di cattura del carbonio. Estrarre CO2 direttamente dall’aria è più difficile che catturarla dai gas di scarico industriali a causa della concentrazione minore. Interessante notare che Svante fornisce materiali per la cattura diretta dall’aria a Climeworks di Zurigo, ma questi si basano su amine porose tradizionali, non su MOF. Omar Yaghi, che negli anni ’90 ha popolarizzato il termine MOF e ora lavora all’Università della California a Berkeley, sta esplorando altre applicazioni. Il suo team ha sviluppato un dispositivo basato su MOF per raccogliere acqua dall’aria, testato nella Death Valley californiana. Il materiale MOF-303 riesce a catturare vapore acqueo anche a bassa umidità, rilasciando l’acqua intrappolata con piccole variazioni di temperatura durante le notti del deserto. La startup AirJoule del Montana ha siglato un accordo per incorporare sistemi di raccolta dell’acqua basati su MOF proprietari in centri dati, mentre Yaghi ha fondato Atoco in California per commercializzare dispositivi per la raccolta dell’acqua. Dopo decenni di attesa, sembra che i

super-spugne molecolari

abbiano finalmente trovato la loro strada verso il mercato, dimostrando che anche le invenzioni più promettenti possono richiedere tempo per trovare la giusta applicazione commerciale.
In collaborazione con Tom’s Hardware