Materiali inorganici per la purificazione delle acque inquinate mediante fotoelettrocatalisi

Nowadays, circular economy represents a dynamic multiscale approach which simultaneously accounts for different aspects such as technological, environmental, social and economic ones. To this regard, to properly manage waste compounds, efficient approaches and methods to define resource recovery opportunities are key requirements to properly face these issues. To this regard, energy and water interdependency is well-recognized, resulting in these three fundamentals relations: energy for water, energy from water and water for energy. Nevertheless, energy and water methods are not yet sufficiently integrated. In fact, (waste)water processes lack from low energy consumption technologies, whereas the production of renewable energy is hindered by low efficiency. In this scenario, strategic issues are mainly devoted to gain advances toward sustainable technologies that favor the access to clean water and renewable energy, which is an imperative goal to fulfill the global demand of social/industrial development in a carbon-neutral way. In this context, the recovery/degradation of different compounds (such as biomolecules, metals, organic and inorganic compounds, antibiotic, by-product of disinfection…) and energy from water represents a rational water use of vital importance for both the production of hydrogen and wastewater management. To this regard, photoactivated processes have been widely recognized as environmentally friendly options for both renewable energy generation and purification/cleaning technologies. The activation of the involved processes, possibly with electricity from green sources and eventually through the direct use of solar light, promotes both hydrogen generation and pollutant degradation in a unique appealing experiment. Nevertheless, the industrial applicability is so far limited by state-of-the-art catalysts based on noble metals, suffering from high cost, supply shortage and limited life cycle. Despite the globally undertaken efforts, the search for eco-sustainable, cheap and efficient alternatives remains an open and challenging in view of greener opportunities.

Attualmente l'economia circolare rappresenta un approccio dinamico che tiene conto contemporaneamente di svariati aspetti quali quelli tecnologici, ambientali, sociali ed economici. In quest’ambito, il requisito fondamentale per affrontare correttamente queste problematiche, è quello di avere a disposizione approcci e metodi efficienti per poter definire le possibili opportunità di recupero delle risorse. A questo proposito, è ben nota l'interdipendenza tra energia e acqua, che si traduce importanti interrelazioni come: energia per l'acqua, energia dall'acqua e acqua per l'energia. Tuttavia, la gestione dell'energia e l'acqua non sono ancora sufficientemente integrate. Infatti, i processi di trattamento delle acque reflue mancano di tecnologie a basso consumo energetico, mentre la produzione di energia rinnovabile è ostacolata dalla bassa efficienza. In questo scenario, le azioni mirate sono principalmente dedicate a ottenere progressi che utilizzino tecnologie sostenibili ed al contempo favoriscano l'accesso all'acqua pulita e all'energia rinnovabile, che è un obiettivo imperativo per soddisfare la domanda globale di sviluppo sociale/industriale svincolato dall’uso dei combustibili fossili. Una possibile strategia è costituita dalla degradazione di composti organici/inorganici (quali biomolecole, metalli, composti organici e inorganici, antibiotici, ecc…) e dalla contestuale produzione di energia dall'acqua, consentendo uso razionale dell'acqua di vitale importanza sia per la produzione di idrogeno che per gestione delle acque reflue. In questo contesto, i processi fotoattivati sono ampiamente riconosciuti come opzioni rispettose dell'ambiente sia per la generazione di energia rinnovabile che per le tecnologie di purificazione. L'attivazione dei processi coinvolti, possibilmente con elettricità da fonti rinnovabili ed eventualmente attraverso l'uso diretto della luce solare, rappresenta una valida opzione per promuovere sia la generazione di idrogeno che la degradazione degli inquinanti in un unico e accattivante esperimento. Tuttavia, l'applicabilità industriale è finora limitata da catalizzatori all'avanguardia basati su metalli nobili, che soffrono di costi elevati, carenza di approvvigionamento e ciclo di vita limitato. Nonostante gli sforzi intrapresi a livello globale, la ricerca di alternative ecosostenibili, economiche ed efficienti rimane una sfida aperta e stimolante in vista di opportunità ambientalmente sostenibili.