CO2 come carburante? Scoperta di un catalizzatore trasforma le emissioni in opportunità

Il metanolo è una materia prima fondamentale per una moltitudine di prodotti chimici, inclusi plastica e carburanti. È spesso descritto come “un precursore universale per la produzione di un’ampia gamma di sostanze chimiche e materiali”, essenzialmente “il coltellino svizzero della chimica”, come osservato da Javier Pérez‑Ramírez, Professore di Ingegneria della Catalisi presso l’ETH Zurigo.

Il liquido svolge un ruolo chiave nella transizione verso una produzione sostenibile di prodotti chimici e carburanti, ma solo se l’energia utilizzata per produrre idrogeno e guidare la catalisi è generata in modo sostenibile. In tal caso, il metanolo può essere prodotto in modo climaticamente neutro, offrendo un modo ecologico per utilizzare l’anidride carbonica (CO₂) dall’atmosfera.

Tuttavia, la produzione convenzionale di metanolo è in gran parte insostenibile, poiché la stragrande maggioranza è prodotta da combustibili fossili, generando elevate emissioni di gas serra (GHG).

Questo potrebbe non essere più il caso, poiché gli scienziati dell’ETH Zurigo hanno ora sviluppato un metodo per sintetizzare il metanolo che potrebbe costituire la base di un’industria chimica priva di fossili. Pubblicato su Nature, lo studio¹ descrive come l’alcol liquido possa essere prodotto da idrogeno e anidride carbonica utilizzando atomi metallici individuali come catalizzatori.

Mentre gli scienziati continuano a esplorare modi per rendere le reazioni chimiche più efficienti usando i catalizzatori, questo nuovo metodo dei ricercatori dell’ETH Zurigo potrebbe anche consentire un uso più economico di metalli rari e costosi.

By placing isolated indium atoms on a support material, the researchers have developed a catalyst that can convert CO₂ and H₂ into methanol far more efficiently.

Lo Squilibrio del Carbonio Crea Sfide e Opportunità

L’anidride carbonica (CO₂) è un gas incolore, inodore e non tossico che svolge un ruolo vitale nei sistemi naturali della Terra. Le piante utilizzano CO₂ durante la fotosintesi per produrre composti ricchi di energia e rilasciano ossigeno come sottoprodotto. Questo processo è essenziale per la sopravvivenza umana. CO₂ partecipa anche al ciclo globale del carbonio, dove gli atomi di carbonio si muovono continuamente tra l’atmosfera, la superficie terrestre e gli organismi viventi.

Nonostante la sua importanza naturale, CO₂ funge da significativo gas serra. Intrappola il calore della luce solare nell’atmosfera, creando un effetto di riscaldamento che mantiene temperature adatte alla vita. Senza alcun gas serra, la Terra sarebbe troppo fredda per essere abitata. Tuttavia, concentrazioni elevate intensificano questo riscaldamento, alimentando il riscaldamento globale e il cambiamento climatico.

Il carbonio cicla continuamente attraverso molteplici serbatoi: rocce, sedimenti, atmosfera e organismi viventi. Rientra nell’atmosfera tramite respirazione, decomposizione degli organismi, eruzioni vulcaniche e incendi. Tuttavia, le attività umane dominano ora questo equilibrio. Dall’inizio dell’industrializzazione all’inizio del XIX secolo, lo sviluppo del territorio e la combustione di combustibili fossili hanno generato emissioni di carbonio ben superiori a quelle che i serbatoi naturali possono assorbire. Di conseguenza, le concentrazioni atmosferiche di CO₂ sono aumentate bruscamente e continuano ad accelerare.

Le emissioni globali di CO₂ da combustibili fossili e industria hanno raggiunto 38,11 miliardi di tonnellate metriche (GtCO₂) nel 2025, aumentando di oltre il 69% dal 1990, secondo i dati di Statista. La Cina è il maggiore contributore a queste emissioni globali di gas serra, seguita dagli Stati Uniti.

L’industrializzazione e la rapida crescita economica negli ultimi decenni hanno portato a un aumento quasi del 450% delle emissioni di CO₂ nel paese asiatico negli ultimi tre decenni e mezzo, in contrasto con una diminuzione del 6,1% negli Stati Uniti, sebbene il paese nordamericano rimanga il maggiore inquinatore di carbonio nella storia.

La guerra USA‑Israele contro l’Iran ha generato circa 5 milioni di tonnellate di emissioni di gas serra nelle sue prime due settimane. Mentre le emissioni globali di CO₂ continuano a salire, i serbatoi di carbonio terrestri e oceanici si sono indeboliti di circa il 15% nell’ultimo decennio, secondo il Global Carbon Project. Tuttavia, è stato riscontrato che il serbatoio di carbonio terrestre, le emissioni di CO₂ assorbite da piante e suoli, sta recuperando la sua forza pre‑El Niño dopo un paio di anni insolitamente deboli.

Nel frattempo, uno studio pubblicato su Nature² ha scoperto che il declino dei serbatoi di carbonio ha contribuito per circa l’8% all’aumento della concentrazione atmosferica di CO₂ dal 1960. L’assorbimento di anidride carbonica ha inoltre abbassato il pH degli oceani di 0,1 unità, aumentando la loro acidità del 30%.

Quindi, poiché le attività umane rilasciano più CO₂ nell’atmosfera di quanto i processi naturali possano rimuovere, la quantità di anidride carbonica nell’atmosfera continua ad aumentare e a stabilire nuovi record, creando un’urgente necessità di affrontare il problema delle emissioni di CO₂.

Un modo per affrontare questo serio problema è attraverso la transizione verso energie rinnovabili. Sebbene solare, eolico, idroelettrico, geotermico e biomassa offrano soluzioni promettenti, questa transizione è un processo lento e a lungo termine, che affronta alti costi di capitale iniziali, necessità infrastrutturali e sfide tecnologiche.

Altri modi includono l’adozione di trasporti sostenibili, il miglioramento dell’efficienza energetica e la rimozione del carbonio esistente tramite riforestazione e gestione del territorio.

Queste sono tutte soluzioni promettenti, ma se potessimo catturare l’anidride carbonica direttamente dall’ambiente e poi usarla come materia prima? E se potessimo trasformare questo principale gas serra in un carburante? Sarebbe una svolta nella tecnologia climatica ed energetica, poiché non solo aiuterebbe a ridurre il riscaldamento globale, ma anche a soddisfare l’elevata domanda energetica mondiale.

Numerosi studi hanno esplorato modi per convertire CO₂ in carburante. Questo processo è carbon neutral perché i carburanti emettono la stessa quantità di CO₂ quando bruciati. Prevede la cattura dell’anidride carbonica e l’uso di energia rinnovabile per convertirla in carburanti idrocarburici come metanolo, diesel e benzina attraverso metodi chimici come l’idrogenazione catalitica o la riduzione elettrochimica.

Il metanolo si distingue come una delle vie più pratiche e scalabili per l’utilizzo di CO₂, grazie alla sua compatibilità con le infrastrutture esistenti e alla sua versatilità in diversi settori.

Il metanolo (CH₃OH) è un alcool incolore, infiammabile e altamente tossico rilasciato nell’ambiente durante gli usi industriali e naturalmente da microbi, vegetazione e gas vulcanici. Se ingerito o assorbito, comporta seri rischi per la salute, inclusi cecità, insufficienza d’organo o morte.

Il composto chimico liquido è usato come antigelo, solvente industriale e materia prima chimica per plastica, vernici, schiume, resine, prodotti farmaceutici e carburanti. Serve anche come vettore energetico per immagazzinare elettricità rinnovabile, additivo nei carburanti convenzionali e carburante liquido alternativo. Come risorsa energetica più “pulita”, il metanolo alimenta autobus, automobili, camion, navi, caldaie e celle a combustibile. Viene inoltre impiegato per produrre dimetil etere (DME), un altro carburante rinnovabile.

Nonostante le sue potenzialità, la scalabilità della produzione di metanolo da CO₂ affronta ancora sfide, tra cui elevati requisiti energetici, disponibilità di idrogeno e la necessità di catalizzatori economicamente vantaggiosi. La ricerca in corso sta facendo rapidi progressi su questi fronti.

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Innovazione a Singolo Atomo Sblocca una Conversione Efficiente della CO₂

In order to produce methanol from carbon dioxide and hydrogen, researchers from ETH Zurich have made an advance in catalyst research.

Catalysts have been in use since ancient times. For instance, the yeast used to make bread contains natural catalysts (enzymes) that help convert flour into bread. Over time, advances in catalysts have led to biodegradable plastics, new pharmaceuticals, and environmentally safer fuels.

I catalizzatori sono stati usati sin dall’antichità. Ad esempio, il lievito usato per fare il pane contiene catalizzatori naturali (enzimi) che aiutano a trasformare la farina in pane. Nel tempo, i progressi nei catalizzatori hanno portato a plastica biodegradabile, nuovi prodotti farmaceutici e carburanti più sicuri per l’ambiente.

Un catalizzatore è una sostanza che aiuta a rendere le reazioni più facili ed efficienti. Questi “assistenti di reazione” accelerano una reazione chimica o riducono la pressione o la temperatura necessarie per avviarla, senza essere consumati durante la reazione stessa.

Le reazioni chimiche richiedono energia per avviarsi perché i legami tra gli atomi nelle molecole devono essere riorganizzati. L’ostacolo energetico può essere piccolo, come accendere un fiammifero, o molto più elevato nei processi industriali, aumentando i costi. I catalizzatori aiutano a ridurre questa barriera, e i più efficaci contengono spesso metalli, inclusi quelli rari e costosi.

La scoperta dei chimici dell’ETH Zurigo ha portato allo sviluppo di un catalizzatore che riduce sostanzialmente l’energia minima necessaria per produrre metanolo da CO₂ e idrogeno. I ricercatori hanno ottenuto un uso estremamente efficiente dell’indio in modo che ogni atomo di indio funzioni come proprio sito attivo.

A differenza dell’approccio passato basato su tentativi ed errori nella ricerca sulla catalisi, il nuovo catalizzatore scoperto consente un’analisi più precisa e una migliore comprensione delle reazioni che avvengono sulla sua superficie, aprendo così la strada a una progettazione di catalizzatori più ottimizzata e razionale.

“Il nostro nuovo catalizzatore ha un’architettura a singolo atomo, in cui atomi metallici attivi isolati sono ancorati sulla superficie di un materiale di supporto appositamente sviluppato.”

– Pérez‑Ramírez, Direttore del National Centre of Competence in Research (NCCR) Catalysis

Mentre il nuovo catalizzatore scoperto è a singolo atomo, i catalizzatori tradizionali contengono metalli sotto forma di aggregati. Queste particelle sono molto piccole, ma solitamente contengono centinaia o migliaia di atomi metallici. Molti di questi atomi non hanno nemmeno un coinvolgimento diretto nella reazione. Tuttavia, se questi atomi possono operare a livello individuale, possono essere molto più efficienti poiché gli scienziati possono utilizzare meglio gli elementi chimici scarsi e costosi, consentendo un uso economicamente sostenibile dei metalli preziosi.

Inoltre, le proprietà catalitiche degli atomi isolati differiscono da quelle degli aggregati.

“Indium has already been used in this catalyst for over a decade,” noted Pérez‑Ramírez, who has been working on better catalysts for CO₂-based methanol production for more than a decade and a half and holds several patents in the field. “In our study, we show that isolated indium atoms on hafnium oxide allow more efficient CO₂-based methanol synthesis than indium in the form of nanoparticles containing large numbers of atoms.”

“L’indio è già stato usato in questo catalizzatore per più di un decennio,” ha osservato Pérez‑Ramírez, che lavora su catalizzatori migliori per la produzione di metanolo basata su CO₂ da più di quindici anni e detiene diversi brevetti nel settore. “Nel nostro studio, dimostriamo che gli atomi di indio isolati su ossido di hafnio consentono una sintesi di metanolo basata su CO₂ più efficiente rispetto all’indio sotto forma di nanoparticelle contenenti un gran numero di atomi.”

L’indio (In) è un metallo bianco‑argenteo la cui fornitura dipende principalmente dall’industria dell’estrazione dello zinco, con l’indio che è un piccolo sottoprodotto. La Cina (40%) è il principale produttore di indio e controlla la maggior parte delle riserve mondiali di indio. Il metallo è ampiamente usato in film di ossido di stagno‑indio, leghe e materiali semiconduttori necessari per celle fotovoltaiche, saldature, display a pannello piatto, LED, materiale di interfaccia termica e batterie.

Per posizionare con precisione atomi singoli di indio sulla superficie dell’ossido di hafnio, il team ha sviluppato diverse nuove vie sintetiche. Una parte fondamentale di questo lavoro, realizzato in collaborazione con altre istituzioni di ricerca, è stata la progettazione del materiale di supporto per fornire un ambiente stabile ma reattivo per gli atomi.

Una delle vie prevedeva la combustione dei materiali di partenza in una fiamma a 2.000‑3.000 °C prima di raffreddarli rapidamente. Questo mantiene l’indio sulla superficie e lo incorpora saldamente.

L’incorporazione degli atomi del catalizzatore nell’ossido di hafnio resistente al calore ha dimostrato che i catalizzatori a singolo atomo possono resistere a condizioni estreme, comprese alte temperature e pressioni. Questa durabilità è importante perché la sintesi di metanolo da CO₂ e gas idrogeno richiede temperature fino a 300 °C e pressioni circa 50 volte la pressione atmosferica normale.

“Gli ossidi di indio‑hafnio nanostrutturati sintetizzati tramite pirolisi a spruzzo di fiamma raggiungono una produttività di metanolo specifica per indio fino al 70% superiore rispetto agli ossidi di indio‑zirconio, con i maggiori guadagni osservati per gli atomi singoli di indio,” afferma lo studio.

Un altro vantaggio dei catalizzatori a atomi isolati è che gli scienziati possono analizzare i meccanismi di reazione con molti meno segnali interferenti, fornendo così intuizioni più chiare. I catalizzatori esistenti fatti di nanoparticelle sono stati piuttosto difficili da studiare. Sono stati essenzialmente una scatola nera. Mentre le reazioni avvengono solo su un piccolo numero di atomi sulla superficie, molti segnali di misura provengono da atomi all’interno delle particelle che non hanno partecipato alla reazione, rendendo più difficile interpretare ciò che accade.

“Lo sviluppo del catalizzatore per il metanolo e l’analisi dettagliata del meccanismo non sarebbero stati possibili senza questa competenza interdisciplinare.”

– Pérez‑Ramírez

Investire nel Riciclo del Carbonio

Celanese Corporation (CE ) è una società globale di prodotti chimici e materiali speciali che produce polimeri ingegnerizzati. I suoi segmenti di business chiave includono Engineered Materials e la Acetyl Chain.

È notevole che l’azienda sia direttamente coinvolta nella conversione di CO₂ in metanolo. Attraverso Fairway Methanol, una joint venture con Mitsui & Co. del Giappone, Celanese intende catturare circa 180.000 tonnellate di CO₂ all’anno e produrre 130.000 tonnellate di metanolo a basse emissioni di carbonio all’anno.

Recentemente, l’azienda ha ottenuto la Carbon Footprint Certification (CFC) per i suoi gradi Hostaform e Celcon POM ECO‑C nei siti di produzione di Francoforte e Texas, come risultato dell’investimento di Celanese nella tecnologia di Cattura e Utilizzo del Carbonio (CCU) per ridurre gli input basati su combustibili fossili senza impattare negativamente le prestazioni dei materiali.

Con una capitalizzazione di mercato di 7 miliardi di dollari, le azioni di Celanese sono attualmente scambiate a 62,47 $, in rialzo del 48% YTD. Le azioni dell’azienda hanno mostrato una tendenza al ribasso negli ultimi due anni dopo aver superato la soglia dei 170 $ all’inizio del 2024, scendendo a circa 35 $ alla fine dello scorso anno, e ora stanno vedendo una rinnovata trazione.

Ha un EPS (TTM) di -10,40 e un P/E (TTM) di -6,02. Celanese paga un rendimento da dividendo dello 0,19%.

Per quanto riguarda i dati finanziari dell’azienda, ha registrato una diminuzione del 7% nelle vendite nette a 9,5 miliardi di dollari per l’intero anno 2025, a causa di un calo del 4% sia nei prezzi che nei volumi. La perdita operativa è stata di 786 milioni di dollari, mentre la perdita diluita GAAP per azione è stata di 10,44 $, e gli utili rettificati per azione sono stati di 3,98 $.

Celanese ha segnalato una domanda inferiore al normale nei mercati finali chiave come vernici, rivestimenti, automotive e costruzioni, ma è rimasta concentrata sull’aumento del flusso di cassa per migliorare i costi, accelerare il de‑leveraging e guidare la crescita del fatturato.

“La nostra performance annuale dimostra la forza dei nostri piani d’azione e l’esecuzione disciplinata in un ambiente difficile.”

– CEO Scott Richardson

Nel 2025, l’azienda ha generato un flusso di cassa operativo di 1,1 miliardi di dollari e ha riportato un free cash flow di 773 milioni di dollari.

Questa generazione di flusso di cassa, combinata con oltre 120 milioni di dollari in riduzioni dei costi, il completamento della cessione di Micromax, il rifinanziamento delle scadenze a breve termine e l’introduzione di programmi per stimolare la crescita e arricchire il pipeline EM, ha aiutato l’azienda a fare “notevoli progressi rispetto alle nostre priorità di de‑leveraging, miglioramento dei costi e crescita del fatturato,” ha dichiarato Richardson. Per l’ultimo trimestre, Celanese ha riportato vendite nette di 2,2 miliardi di dollari, profitto operativo di 93 milioni di dollari e utili rettificati per azione di 0,67 $.

Per quanto riguarda il trimestre corrente, l’azienda prevede poco cambiamento nella domanda ma anticipa modesti miglioramenti stagionali nei volumi, prevedendo quindi che gli utili rettificati per azione del primo trimestre siano tra 0,70 $ e 0,85 $.

“Ci aspettiamo di avere un altro anno forte di generazione di cassa con un free cash flow previsto tra 650 $ e 750 $ milioni. Sebbene l’ambiente macro rimanga incerto, abbiamo creato slancio in avanti. Crediamo che le azioni decisive che stiamo prendendo posizionino Celanese per beneficiare in modo significativo dal recupero eventuale.”

– Richardson

Ultime Notizie e Sviluppi sulle Azioni di Celanese Corporation (CE)

Conclusione

Convertire l’anidride carbonica in carburante rappresenta un’opportunità significativa per trasformare una sfida climatica in un bene economico. E con innovazioni come i catalizzatori a singolo atomo che migliorano drasticamente l’efficienza, la via per produrre metanolo da CO₂ sta diventando più fattibile che mai. Tuttavia, scalare questa soluzione richiederà energia rinnovabile abbondante, produzione di idrogeno economicamente vantaggiosa e quadri normativi di supporto. Una volta che tutti questi fattori saranno allineati, CO₂ avrà il potenziale di passare da una delle più grandi sfide ambientali del mondo a una delle sue risorse più importanti.

Riferimenti

1. Zhang, X., Liu, Y., Wang, C., Li, J., Chen, Z., Zhao, H., Xu, L., Sun, K., Zhou, Q., Yang, F., Wu, T., Guo, S., Li, Y., Huang, J., Deng, D., Bao, X. & Li, C. Single atoms of indium enable efficient CO₂ hydrogenation to methanol. Nature Nanotechnology (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-026-02135-y
2. Friedlingstein, P., Le Quéré, C., O’Sullivan, M., Hauck, J., Landschützer, P., Luijkx, I.T., Li, H., van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, R.M., Bakker, D.C.E., Canadell, J.G., Ciais, P., Gasser, T., Jones, M.W., Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, G.P., Peters, W., Sitch, S. & Tian, H. Emerging climate impact on carbon sinks in a consolidated carbon budget. Nature 649, 98–103 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09802-5