ERC 2019: la Professoressa Silvia Bordiga si aggiudica uno dei Synergy Grants
Il team della docente del Dipartimento di Chimica UniTo vince con "CUBE", il progetto per un'industria chimica più sostenibile
Lo European Research Council (ERC), organismo dell'Unione Europea che attraverso finanziamenti competitivi sostiene l’eccellenza scientifica, ha pubblicato oggi, 11 ottobre, la lista dei 37 progetti che hanno vinto un Synegry Grants per l’anno 2019. Tra quelli presentati è stato selezionato CUBE - CU BasEd catalysts for selective C-H activation, dove Silvia Bordiga, docente del Dipartimento di Chimica dell’Università di Torino insieme ai colleghi Unni Olsbye (Università di Oslo), Vincent Eijsink (Università Norvegese di Scienze della Vita) e Serena Debeer (Istituto Max Planck per la Conversione di Energia Chimica) ha ottenuto un finanziamento di 9.885.988 di euro per i prossimi 6 anni.
L’industria Chimica Europea produce più di 300 tonnellate di fertilizzanti, prodotti farmaceutici, materiali da costruzione e altri prodotti per i bisogni di tutti i giorni. Questo richiede grandi quantità di petrolio, gas naturale e biomasse e, nel contempo, metodi efficienti per la loro trasformazione. Una domanda pressante è come migliorare i processi di conversione, renderli più puliti e riuscire a produrre di più consumando meno. Nuovi metodi per l’attivazione selettiva del legame carbonio-idrogeno possono fornire una soluzione al problema, permettendo di sviluppare processi più semplici (svolgendosi in condizioni di basse temperature e pressione), rendendoli vantaggiosi da un punto di vista dei risparmi energetici e dell’eco-sostenibilità. Tutto ciò ridurrà l’impatto globale dell’industria chimica del futuro.
La ricerca che si svolgerà in CUBE, proposta da un team di esperti nello sviluppo di catalizzatori di origine sintetica e biologica, in spettroscopie e in metodi computazionali, esplorerà nuovi catalizzatori per l’attivazione del legame carbonio-idrogeno, ricorrendo ad approcci di tipo sintetico e biologico. Tra le sfide più difficili si tenterà di sviluppare catalizzatori capaci di compiere l’ossidazione diretta dal metano al metanolo, una molecola così importante per la sintesi di altri prodotti chimici e combustibili. Silvia Bordiga, illustre esperta nell’applicazione delle spettroscopie ottiche allo studio di catalizzatori microporosi, lavorerà con Unni Olsbye, riconosciuta per i suoi contributi nella comprensione del funzionamento delle zeoliti e dei reticoli metal-organici usati come catalizzatori, Vincent Eijsink, noto per il suo lavoro (sia fondamentale che con applicazioni industriali) sugli enzimi che attivano i legami carbonio-idrogeno e Serena DeBeer, all’avanguardia per gli sviluppi delle tecniche spettroscopiche.
"Il modello di crescita attuale – ha dichiarato la Prof.ssa Bordiga - richiede
importanti cambiamenti comportamentali e strategie produttive
innovative che garantiscano più prodotti con meno risorse (sia materie
prime che fonti energetiche). In questo scenario si colloca CUBE (
CU BasEd catalysts for selective C-H activation).
In CUBE raccogliamo la sfida di sviluppare catalizzatori innovativi per
reazioni di ossidazione parziale tra cui per esempio la conversione
diretta da metano a metanolo connettendo i mondi della catalisi
enzimatica, omogena ed eterogenea".
Il gruppo di ricerca italiano
"Oltre al team internazionale, molto importante - dichiara la Prof.ssa Bordiga - sarà il gruppo che svolgerà le attività di ricerca nell'unità di Torino, costituito da Claudia Barolo, Gloria Berlier, Francesca Bonino, Elisa Borfecchia e Valentina Crocellà, mentre Emilia Sannino si occuperà delle questioni relative al managment. Il lavoro delle ricercatrici sarà sintetizzare alcune componenti dei catalizzatori che si useranno nel progetto e di testarli e caratterizzarli una volta che questi saranno realizzati, in collaborazione con il gruppo di Oslo. L'obiettivo finale è scoprire come ottenere un catalizzatore a base di ioni rame (CU-BasEd: CUBE, da qui l'acronimo del progetto), che sia o di origine naturale (enzima) o di sintesi, capace di attivare il legame C-H in modo selettivo in condizioni dei reazione blande. Tra le reazioni che verranno studiate ci sarà la conversione diretta del metano in metanolo, da 70 anni designata come "Santo Graal", vista la difficoltà nel realizzarla in maniera efficace e selettiva".
"Per riuscire nell'impresa - continua SIlvia Bordiga - sarà necessario innanzitutto capire come funzionano i sistemi che già ora fanno la reazione e che però non possono essere usati, perchè troppo fragili (enzimi: metano mono ossigenasi) o troppo lenti (Cu-zeoliti) e svilupparne di nuovi, mescolando capacità di sintesi nel campo della chimica organica e metallo organica, dei polimeri e dei materiali inorganici. Queste competenze si fonderanno con le attività che si svolgeranno nell'unità di Oslo, dove verranno preparati i materilai ibridi (reticoli metallo organici funzionalizzati con specie [Cu (I)/Cu(II)]) e nell'unità di NMBU, dove si svilupperanno enzimi modificati della famiglia LPMO, al momento non attivi per la reazione di nostro interesse".
La ricerca dei materiali più promettenti (sia di natura biologica che di sintesi) sarà guidata da un'imponente dispendio di forze nello sviluppare i metodi più sensibili ed informativi per raccogliere le evidenze sperimentali per poter descrivere la reattività di nostro interesse, riconoscere le specie attive nella reazione distinguendole da quelle che si comportano da spettatori o, eventualmente, da inibitori. "Per questo - continua la studiosa - ricorreremo agli approcci sperimentali e di simulazione più avanzati, sviluppando, in collaborazione con l'unità del Max Plank, set up sperimentali specifici per studiare anche specie molto diluite o labili. Queste attività si svolgeranno sia nei laboratori presenti nelle sedi dove operano le quattro unità di ricerca, sia nelle stazioni sperimentali disponibili presso i Sincrotroni Europei. Gli studi di caratterizzazione spettroscopica e strutturale saranno integrati da studi sui meccanismi di reazione e di microcinetica in collaborazione con l'unità di Oslo".
La parte più rilevante delle risorse, sia per quanto concerne l'unità di Torino che per l'intero progetto, verrà destinata all'arruolamento di nuove risorse umane, sia giovani studenti di dottorato che ricercatori più esperti per un totale di circa 30 unità di personale che lavorerà insieme, nelle 4 sedi, per i prossimi 6 anni.