Chimica verde e processi per la sostenibilità (DCM.AD004)

Area progettuale

Dipartimento

Scienze chimiche e tecnologie dei materiali

Il rilievo

Coerentemente ai principi della Green Chemistry, la Commissione Europea ha recentemente pubblicato il documento Chemicals strategy - The EU's chemicals strategy for sustainability towards a toxic-free environment1, come parte integrante dell'impegno comunitario nella nuova agenda per la transizione ecologica e la crescita sostenibile. Gli obiettivi del percorso tracciato dalla Commissione sono sostanzialmente il raggiungimento di una migliore protezione dei cittadini e dell'ambiente, e l'incremento di innovazione per la produzione sostenibile di prodotti chimici più sicuri per l'ambiente e la salute. In particolare, si mira ad aumentare gli investimenti per la progettazione e produzione di prodotti chimici più sicuri e sostenibili lungo tutto il loro ciclo di vita, in favore della transizione comunitaria verso i principi dell'economia circolare, uno degli obiettivi principali del Green Deal Europeo. In questo senso, la riduzione degli scarti e dei sottoprodotti, ma anche la loro conversione in materiali ad alto valore aggiunto, oltre che un minor sfruttamento delle materie prime sono visti come unica via per un futuro sostenibile. In linea con quanto evidenziato nel Cluster 6 del programma Horizon Europe 2021-2027, il raggiungimento di una efficiente economia circolare e una bioeconomia sostenibile potrà dare un enorme vantaggio in termini di competitività, innovazione e occupazione qualificata all'intero comparto industriale Europeo. L'Area Strategica dovrà costituire un forte punto di riferimento per l'industria chimica altamente sostenibile e, al tempo stesso, essere indirizzata alla protezione degli ecosistemi naturali, all'uso sostenibile delle risorse e alla salvaguardia della salute umana.

Obiettivi

Gli obiettivi delle attività di ricerca sono pertanto i seguenti:
- sviluppo di nuove tecnologie e processi sostenibili per ottenere prodotti ad alto valore aggiunto da: i) risorse rinnovabili, riciclabili, da biomasse e da materie prime tradizionali, ii) scarti alimentari e agricoli, scarti da attività minerarie, metallurgiche, demolizioni edilizie e termovalorizzatori;
- innovazione di processo per il miglioramento della sostenibilità di produzioni industriali già mature;
- scale-up sostenibile di sintesi chimiche;
- sviluppo di processi catalitici (omogenei, eterogenei, elettrocatalitici, fotocatalitici) efficienti e sostenibili, incluso lo sviluppo della catalisi enzimatica (con enzimi isolati e/o cellule intere);
- sviluppo di processi sostenibili per la rimozione di inquinanti da acqua, aria e suolo;
- design e progettazione di materiali e prodotti sicuri per ambiente e uomo.
Altro passaggio sostanziale per la transizione verso la sostenibilità - paradigma della chimica verde - è l'ulteriore rafforzamento delle attività legate alla bioraffineria che prevedono la trasformazione di materie prime rinnovabili in intermedi chimici utili per la realizzazione di fine chemicals o prodotti finiti. In questo modo si potrà favorire la transizione da un'economia lineare di produzione-consumo-smaltimento, ad un'economia circolare che prevede la riduzione e la dipendenza dal flusso di nuovi materiali estratti, scambiati e trasformati in merci.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Il ruolo della chimica verde rappresenta uno dei concetti più interessanti in chimica per la sostenibilità a livello internazionale ed è essenziale per garantire che la nostra prossima generazione di prodotti chimici, materiali ed energia sia più sostenibile rispetto all'attuale generazione. La domanda mondiale di processi e prodotti chimici rispettosi dell'ambiente richiede lo sviluppo di approcci nuovi ed economici per la prevenzione dell'inquinamento. La "Green Chemistry" è l'utilizzo di una serie di principi che riduce o elimina l'uso o la generazione di sostanze pericolose nella progettazione, produzione e applicazioni di prodotti chimici, il loro uso combinato come struttura di progettazione richiede spesso la riprogettazione di prodotti o processi chimici. Va notato che il rapido sviluppo della Green Chemistry è dovuto al riconoscimento che prodotti e processi rispettosi dell'ambiente saranno economici a lungo termine, questo ha condotto nell'ambito internazionale a un enorme numero di studi in questo senso da parte degli scienziati. In generale, la chimica verde può essere considerata il contesto scientifico ed economico in cui università, industria e governo stanno cercando di convergere i loro sforzi per lo sviluppo di una civiltà sostenibile.
Il maggior numero di pubblicazioni internazionali sulla chimica verde verte essenzialmente sui seguenti argomenti:
o Riduzione delle fonti di inquinamento
o Integrare la sostenibilità all'inizio del processo di progettazione
o Creare processi industriali che non possano causare problemi di rischio
o Sviluppo di prodotti chimici e materiali eco-compatibili
o Analisi degli effetti ecotossicologici e ambientali della lavorazione della biomassa
o Uso di sistemi solventi ecologicamente benigni
o Generare ricchezza da rifiuti

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Il mondo della ricerca italiana esprime una serie di tematiche di sicuro interesse nel sttore della Green Chemistry come riportato da un'analisi di letteratura delle pubblicazioni internazionali, di seguito è riportato un elenco non esaustivo, ma significativo delle attività italiane nella ricerca sulla chimica verde:

o Processi catalitici "green" mediante nanomateriali carboniosi 0D-3D privi di metalli
o Chimica verde e processi sostenibili
o Biocatalisi e bioraffinerie
o Materiali polimerici e tecnologie per la sostenibilità ambientale
o Bioplastiche e bioadditivi
o Ecosustainable Polymer Packaging
o Polimeri biodegradabili e Drug delivery systems
o Riciclo di Polimeri e Compositi
o Processi assistiti da microonde per il trattamento di biomasse e lo sviluppo di materiali avanzati
o Sintesi di polimeri e materiali innovativi per un'economia circolare
o Catalisi (sostenibile, e per la preparazione di materiali avanzati) di polimerizzazione.
o (Semiconducting polymers for Green Optoelectronic and Photonic
o Materiali e processi sostenibili per applicazioni tessili convenzionali e tecniche di funzionalizzazione avanzata di materiali tessili
o Bioelettronica, biomateriali e bioraffineria
o Membranes for gas separation and catalysis in environmental low-impact processes of industrial interest
o Membranes in biotecnology, biorefinery and wastewater treatment
o Innovative catalytic systems and functional membranes for eco-sustainable oxidations
o Chimica e nanotecnologia per la salute e l'ambiente - chemnanocare
o Processi chimici per la Bioraffineria
o Sintesi organica e catalisi
o Biocatalisi
o Ambiente ed ecologia chimica
o Composti natural-simili per l'industria
o Bio-fermentazioni per nuove molecole
o Biomasse per l'industria

Il posizonamento del Cnr

In questa area, già nel 2013 Il CNR ha partecipato con successo a un progetto premiale del MIUR, dal titolo: "Bioraffineria di terza generazione integrata con il territorio e biocombustibili", proposto dal Dipartimento di Scienze Chimiche e Tecnologie dei Materiali con la partecipazione dei dipartimenti di Scienze Bio-Agroalimentari e di Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l'Ambiente. In quel progetto sono state verificate le potenzialità del CNR nell'ambito della Chimica Verde, e sono state ben caratterizzate le numerose competenze presenti, al progetto hanno partecipato 36 Unità Operative derivanti da 22 Organi di ricerca CNR appartenenti a 16 Istituti afferenti ai Dipartimenti su citati, impegnando 236 Ricercatori, di cui 124 donne e 112 uomini, oltre a numerosi giovani under 35, e può essere considerato come la palestra dove sono state sviluppate una serie di tematiche di ricerca comuni tra i tre dipartimenti, in particolare verso il settore della chimica delle specialità sviluppata attraverso le materie prime rinnovabili, sia provenienti da scarti agricoli, sia provenienti da apposite colture non invasive dei terreni destinati al "Feed" e al "Food". Questa nuova frontiera certamente più avanzata della semplice bioraffineria, può portare ad un importante incremento dello sviluppo di tendenza dell'industria manifatturiera verso l'economia circolare e le tecnologie verdi.
Sulla base di queste considerazioni il CNR è pronto a svolgere un ruolo guida per la crescita di questa area scientifica e tecnologica, molto raccomandata dall'Unione Europea, utilizzando il concetto di "Tailor made" biomasse e "Tailor made" processi chimici per orientare la produzione industriale verso nuovi bio-prodotti in grado di sostituire i fine chemicals (ausiliari e specialità) fortemente attenzionati dal regolamento comunitario REACH e dalle ONG a vocazione ambientalista.

Le principali attvità svolte

Nell'Area Strategica della chimica verde il DSCTM ha svolto attività di raccordo tra il mondo produttivo e quello della ricerca stipulando accordi sia con la maggiore associazione nazionale dell'industria chimica (Federchimica), sia con l'associazione del Cluster Tecnologico Nazionale della Chimica Verde
(SPRING) per attivare progetti di Ricerca, Sviluppo e Innovazione in collaborazione con primari attori della bioeconomia italiana e contribuire alla creazione di nuove filiere sulla strategia italiana sulla bioeconomia. Ha svolto anche il ruolo di coordinamento per la presentazione delle domande a valere sui progetti PON Nazionali e sta implementando il ruolo di raccordo con la UE per ampliare la presenza dei ricercatori chimici nei progetti comunitari.
I ricercatori degli Istituti afferenti al Dipartimento che lavorano nell'area della "Green Chemistry" hanno mostrato una estrema vivacità scientifica come testimoniato dalle numerose pubblicazioni, tutte su riviste internazionali di buon livello e con alto impact factor.

Le attività previste

Nell'ambito dell'Area Tematica si possono prevedere degli sviluppi basati su quattro pilastri
1. Specialità per l'industria chimica: composti innovativi ad alto valore aggiunto per applicazioni nei settori delle plastiche, vernici, inchiostri, tessile e cuoio, cosmesi, lubrificanti
2. Ingredienti per l'industria agro-alimentare: additivi, fitofarmaci, composti green ad alta sostenibilità per l'agricoltura e per l'industria alimentare
3. Processi ecosostenibili e tecnologie convergenti
4. Metodologie strumentali innovative per l'analisi e la caratterizzazione molecolare
Sarà individuato nel Dipartimento un cluster di competenze da impegnare nella linea tematica di ricerca sulla chimica verde indirizzata alla chimica specialistica, con lo scopo di promuovere l'aggregazione dei ricercatori CNR capaci di impegnarsi con massa critica adeguata nello studio di nuove sostanze "green" in grado di sostituire quelle non più compatibili con il regolamento REACH, che inserendo numerosi prodotti di uso comune nelle formulazioni nella lista VHCS ha suscitato tanto allarme (es. eliminare i derivati perfluorurati, alchiletossilati, metalli pesanti, formaldeide, coloranti azoici). Il caso emblematico delle specialties che non sono più gradite al sistema moda italiano sarà usato come punto di partenza anche per altri settori (es. cosmesi, detergenza, agrofarmaci) per sostanziare l'impegno dei chimici del Dipartimento in questo settore.
Le attività progettuali previste saranno svolte attraverso i PON nazionali e regionali, la progettualità del Cluster di Chimica Verde, i progetti in ambito comunitario e i progetti misti impresa-ricerca pubblica così da poter decidere insieme al mondo produttivo dove concentrare gli sforzi di ricerca per poter reperire le risorse con cui finanziare i primi passi di un compito che appare imponente.

Area tematica

Scienze chimiche e tecnologie dei materiali

Parole chiave

Chimica Verde, Processi Sostenibili, Bioeconomia

Progetti

Ultimo aggiornamento: 09/05/2024