Un ricercatore che prepara un esperimento di elettrolisi a flusso. Credito:©:Alexander Sell, JGU
Nel progetto di ricerca cooperativo EPSYLON finanziato dal Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca, gli scienziati dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) e della Evonik Performance Materials GmbH hanno sviluppato un metodo di sintesi elettro-organico all'avanguardia e innovativo.
I risultati della loro ricerca, presentato nel numero della scorsa settimana di Progressi scientifici , consentire l'uso dell'elettrosintesi come chimica verde sostenibile per applicazioni tecniche. Il metodo consente all'operatore di reagire in modo flessibile alla fornitura di elettricità disponibile. Inoltre, l'operatore non deve più fare affidamento su apparati di elettrolisi personalizzati e può utilizzare una vasta gamma di attrezzature.
Il metodo è stato sviluppato più di 160 anni fa dal chimico tedesco Hermann Kolbe. Sebbene i metodi di sintesi elettrochimica siano utilizzati nell'industria chimica, questa è stata finora una tecnologia di nicchia. Uno dei motivi è che le condizioni di elettrolisi devono essere controllate molto finemente ed è essenziale un ingresso di corrente uniforme. A causa della sofisticata infrastruttura tecnica richiesta, l'opzione dell'elettrosintesi rimase fuori dalla portata della maggior parte dei chimici. Oggi, il potenziale verde dell'elettrochimica è stato riscoperto. Rende possibile la chimica sostenibile ed ecocompatibile con mezzi molto semplici, in particolare con l'utilizzo di energia in eccesso da fonti rinnovabili come l'energia eolica o solare.
L'elettrochimica è un metodo versatile e potente per produrre composti chimici o per effettuare cambiamenti chimici nelle molecole. Per dirla semplicemente, gli elettroni sostituiscono i reagenti costosi e tossici. Si possono evitare sprechi inutili e la reazione può essere fermata in qualsiasi momento semplicemente spegnendo l'alimentazione. Un altro vantaggio rispetto alla sintesi classica è che molti passaggi individuali sono implementati più facilmente dall'elettrochimica. In alcuni casi, questo può abbreviare la sintesi di diversi passaggi. Però, le elettrolisi spesso richiedono una finestra di densità di corrente ristretta e lunghi tempi di reazione. Inoltre, selettività e scalabilità sono più difficili o addirittura impossibili.
In questo elettrolizzatore di screening possono essere eseguiti contemporaneamente fino a otto diversi esperimenti. Ogni piccolo bicchiere di plastica ospita due elettrodi. Credito:©:Carsten Siering, JGU
La chiave del successo del gruppo di ricerca della Johannes Gutenberg University Mainz è l'uso di un sistema elettrolitico unico. Le elettrolisi qui hanno una stabilità estremamente elevata alla variazione della densità di corrente, consentendo il funzionamento in una finestra di densità di corrente con una larghezza che si estende su più di due ordini di grandezza, senza perdita di produttività o selettività. Se la fornitura di corrente lo consente, l'elettrolisi può essere effettuata in breve tempo con densità di corrente molto elevate.
