Carburante dai rifiuti? È possibile. Ma finora, convertire i rifiuti organici in combustibile non è stato economicamente sostenibile. Sono necessarie temperature eccessivamente alte e troppa energia. Utilizzando un nuovo concetto di catalizzatore, i ricercatori dell'Università tecnica di Monaco (TUM) sono ora riusciti a ridurre significativamente la temperatura e il fabbisogno energetico di una fase chiave del processo chimico. Il trucco:la reazione avviene in spazi molto ristretti all'interno dei cristalli di zeolite.

Sempre più elettricità viene prodotta in modo decentralizzato utilizzando il vento, centrali idroelettriche e solari. "Ha quindi senso decentralizzare la produzione chimica, anche, " pensa il prof. Johannes Lercher, che dirige la cattedra di chimica tecnica II alla TU Munich. "Teoricamente, qualsiasi comune potrebbe produrre il proprio carburante o fertilizzante".

Ad oggi, ciò non è stato possibile perché i processi chimici richiedono una grande quantità di energia, più di quella che le fonti energetiche rinnovabili locali possono fornire. "Abbiamo quindi puntato a trovare nuovi processi per gettare le basi per la produzione distribuita di prodotti chimici, che può essere alimentato da fonti energetiche rinnovabili, " spiega il chimico, che è anche direttore dell'American Institute for Integrated Catalysis presso il Pacific Northwest National Laboratory.

Il suo team ha ora soddisfatto un prerequisito per un'inversione di tendenza nella produzione chimica:in laboratorio, gli scienziati hanno dimostrato che la temperatura richiesta per scindere i legami carbonio-ossigeno in una soluzione acquosa acida può essere drasticamente ridotta utilizzando cristalli di zeolite. Il processo ha funzionato anche molto più velocemente che senza i catalizzatori zeolitici.

La natura come modello

La natura ha fornito il riferimento per lo sviluppo del nuovo processo. Nei sistemi biologici, gli enzimi con piccole tasche sulla superficie accelerano i processi chimici.

"Abbiamo pensato a come applicare queste funzioni biologiche alla chimica organica, " spiega Lercher. "Durante la ricerca di catalizzatori adatti che accelerino la reazione, ci siamo imbattuti in zeoliti, cristalli con piccole cavità in cui le reazioni avvengono in condizioni anguste paragonabili a quelle nelle tasche degli enzimi".

Ioni di idronio angolati

Ma, gli spazi angusti aumentano davvero la reattività? Per rispondere a questa domanda, Il team di Lercher ha confrontato le reazioni dei composti del carbonio con gli acidi in un becher con le stesse reazioni delle zeoliti. Il risultato:nelle cavità di cristallo, dove le molecole che reagiscono, per esempio alcolici, incontrano gli ioni idronio degli acidi, le reazioni sono fino a 100 volte più veloci e a temperature appena superiori a 100 °C.

"I nostri esperimenti dimostrano che le zeoliti come catalizzatori sono altrettanto efficaci degli enzimi:entrambi riducono significativamente i livelli di energia richiesti dalle reazioni, " riferisce Lercher. "Più piccola è la cavità, maggiore è l'effetto catalitico. Abbiamo ottenuto i migliori risultati con diametri molto inferiori a un nanometro".

Gechi, cera e zeoliti

Ma perché gli spazi ristretti favoriscono la reattività delle molecole? "La forza che migliora il percorso di reazione è la stessa che fa aderire la cera al piano di un tavolo e che consente ai gechi di camminare sui soffitti, " risponde Lercher. "Più punti di contatto ci sono tra due superfici, maggiore è l'adesione. Nei nostri esperimenti, le molecole organiche, che sono in soluzione acquosa, sono letteralmente attratti dai pori delle zeoliti."

Così, gli ioni idronio all'interno delle cavità hanno una probabilità significativamente maggiore di urtare un partner di reazione rispetto a quelli esterni. Il risultato è una reazione chimica catalizzata da acido che avviene più velocemente e con un minore apporto di energia.

Dalla spazzatura al carburante

Quando entrano in contatto con ioni idronio, molecole organiche come gli alcoli perdono ossigeno. Questo rende il processo idoneo alla conversione del bio-olio ottenuto dai rifiuti organici in combustibile.

Ci vorrà un po 'di tempo, Certo, prima che il nuovo processo possa essere implementato sul campo. "Stiamo ancora lavorando sui fondamentali, " sottolinea Lercher. "Ci auguriamo di utilizzare questi per creare le condizioni necessarie per nuovi, processi di produzione chimica decentralizzati che non richiedono più impianti su larga scala".