Per decenni, l’industria chimica ha cercato un modo per convertire direttamente il gas naturale abbondante, ma ostinatamente stabile, in sostanze chimiche preziose. Ora, i ricercatori del Centro di ricerca in chimica biologica e materiali molecolari (CiQUS) dell’Università di Santiago de Compostela hanno raggiunto una svolta: un catalizzatore che trasforma il metano e altri componenti del gas naturale in molecole complesse, incluso un ingrediente chiave per la terapia ormonale. Questo progresso, pubblicato su Science Advances, rappresenta un passo cruciale verso un’economia chimica più sostenibile e circolare.
La sfida di domare il metano
Il gas naturale, composto principalmente da metano, etano e propano, è una fonte di energia, ma la sua estrema stabilità ne ha limitato l’uso come materia prima per la produzione chimica. I metodi convenzionali si basano su processi ad alta intensità energetica e inquinanti. La difficoltà principale sta nell’attivare questi idrocarburi senza sottoprodotti indesiderati.
Un nuovo approccio fotocatalitico
Il team CiQUS, guidato da Martín Fañanás, ha sviluppato un sistema fotocatalitico che converte direttamente il metano in composti bioattivi. Per la prima volta, hanno sintetizzato con successo il dimestrolo, un estrogeno non steroideo utilizzato nella terapia ormonale, direttamente dal metano. Ciò dimostra il potenziale per creare molecole di alto valore da una materia prima semplice e a basso costo.
La chiave: un catalizzatore supramolecolare su misura
La svolta dipende da una reazione chiamata allilazione, che attacca una “maniglia” chimica alla molecola del gas, consentendo ulteriori modifiche. L’ostacolo principale erano i sottoprodotti indesiderati della clorazione. Per superare questo problema, il team ha progettato un catalizzatore basato su un anione tetracloroferrato stabilizzato da cationi collidinio.
«La progettazione del catalizzatore modula la reattività delle specie radicaliche, sopprimendo al tempo stesso la clorazione indesiderata», spiega il prof. Fañanás. Una rete di legami idrogeno attorno all’atomo di ferro sostiene la reattività, creando un ambiente ottimale per l’allilazione selettiva.
Sostenibilità al centro
Il metodo si distingue per la sua sostenibilità. Utilizza il ferro, un metallo economico e abbondante, anziché i metalli preziosi tipicamente utilizzati nella catalisi. La reazione funziona in condizioni blande, alimentata dalla luce LED, riducendo l’impatto ambientale e i costi energetici.
Oltre Dimestrol: espandere le possibilità
In uno studio complementare pubblicato su Cell Reports Physical Science, lo stesso team ha dimostrato un metodo per accoppiare direttamente il gas naturale con i cloruri acidi, producendo chetoni rilevanti a livello industriale in un unico passaggio. Entrambi gli studi posizionano CiQUS come leader nelle soluzioni chimiche sostenibili.
Implicazioni per il futuro
La capacità di convertire il gas naturale in versatili intermedi chimici apre nuove possibilità per l’industria. Questa tecnologia potrebbe gradualmente sostituire le fonti petrolchimiche con alternative sostenibili. Questa ricerca all’avanguardia è resa possibile dall’ambiente di eccellenza di CiQUS, riconosciuto dall’accreditamento CIGUS del governo galiziano.
Questa svolta rappresenta un passo significativo verso un’economia chimica circolare, in cui le abbondanti materie prime vengono sfruttate in modo sostenibile. Convertendo direttamente il gas naturale in composti preziosi, il team CiQUS ha aperto la strada a un futuro più rispettoso dell’ambiente ed efficiente in termini di risorse per l’industria chimica
