I ricercatori di ExxonMobil e dell'ITQ dell'Università Politecnica di Valencia stanno sviluppando una zeolite per separare l'etilene utilizzando il 25% di energia in meno rispetto ai metodi attuali.
Scienziati di ExxonMobil e dell'Istituto di tecnologia chimica (ITQ) del Politecnico di Valencia e del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (CSIC) hanno sviluppato un nuovo, materiale potenzialmente rivoluzionario che potrebbe ridurre significativamente la quantità di energia e le emissioni associate alla produzione di etilene. Questo nuovo materiale, insieme ad altri processi di separazione, potrebbe portare a una riduzione fino al 25% dell'energia attualmente necessaria per la separazione dell'etilene, nonché le relative emissioni di anidride carbonica. I risultati dell'indagine sono stati pubblicati in Scienza .
I ricercatori della ExxonMobil e dell'ITQ hanno scoperto che il nuovo materiale, composto da una zeolite di silice dalla struttura unica, può essere utilizzato nei processi di separazione dei gas come il recupero dell'etilene da correnti che contengono etano ed etilene. Le zeoliti sono materiali microporosi comunemente usati per scopi adsorbenti e catalitici nei processi chimici. Nel caso della zeolite ITQ-55, la separazione viene eseguita con un grado di selettività senza precedenti a temperatura ambiente. I risultati dell'indagine potrebbero essere applicati anche alla progettazione di nuovi materiali da utilizzare come adsorbenti o membrane in diverse applicazioni di separazione dei gas associate alla fabbricazione di prodotti chimici.
"Distillazione criogenica, la procedura attualmente utilizzata per separare l'etilene su scala commerciale, è un processo che consuma molta energia, " spiega Vijay Swarup, vicepresidente ricerca e sviluppo per la ExxonMobil Research and Engineering Company. "Se questo nuovo materiale viene applicato su scala commerciale, potrebbe ridurre significativamente la quantità di energia e le emissioni associate alla produzione di etilene. Questo è un altro eccellente esempio di collaborazione tra industria e accademia, incentrato sulla promozione di soluzioni per migliorare l'efficienza energetica e ridurre le emissioni di carbonio dei processi industriali."
L'etilene è un componente vitale nella produzione di prodotti chimici e plastici frequentemente utilizzati nella vita quotidiana, facendo diventare un campo di indagine molto attivo la ricerca di tecnologie alternative per separare l'etilene dall'etano a basso consumo energetico. Sebbene i produttori di prodotti chimici abbiano valutato una serie di alternative alla distillazione criogenica, inclusi nuovi adsorbenti e processi di separazione, la maggior parte di queste tecnologie alternative è ostacolata da bassa selettività ed efficienza, nonché l'impossibilità di rigenerare gli adsorbenti in quanto si decompongono con l'uso a causa della presenza di contaminanti.
Il nuovo materiale ITQ-55 è in grado di separare selettivamente l'etilene dall'etano grazie alla sua esclusiva struttura porosa e flessibile. Creato da unità a forma di cuore interconnesse da canali ampi e flessibili, il nuovo materiale consente il passaggio di molecole di etilene più piatte, negando l'accesso alle molecole di etano più rotonde. Perciò, il nuovo materiale funge da setaccio molecolare flessibile.
"L'ITQ-55 è un materiale molto interessante, la cui combinazione unica di dimensioni dei pori, topologia, flessibilità e composizione chimica portano ad un materiale altamente stabile e chimicamente inerte che è in grado di adsorbire etilene e filtrare l'etano, " spiega il professore di ricerca CSIC Avelino Corma, coautore dell'indagine. "Siamo entusiasti di questa scoperta e speriamo di continuare la nostra fruttuosa collaborazione con ExxonMobil, " Aggiunge.
Ulteriori ricerche devono ancora essere fatte prima che il nuovo materiale possa essere preso in considerazione per la commercializzazione su larga scala. Ulteriori ricerche saranno incentrate sull'incorporazione del materiale in una membrana per il suo uso industriale, oltre allo sviluppo di nuovi materiali per la separazione dei gas.
"Il nostro obiettivo finale di sostituire la distillazione criogenica è una sfida a lungo termine che richiederà molti più anni di ricerca e test all'interno e all'esterno del laboratorio, "Gary Casty, aggiunge il capo della sezione catalisi della ExxonMobil Research and Engineering Company. "I nostri prossimi passi saranno focalizzati verso una migliore comprensione del potenziale di questo nuovo materiale zeolitico".
Gli impianti chimici rappresentano circa l'otto percento della domanda energetica mondiale e circa il 15 percento della crescita prevista della domanda fino al 2040. Con l'aumento della popolazione e del tenore di vita del pianeta, così sarà la domanda di beni di consumo, materiali di costruzione, dispositivi elettronici e altri sottoprodotti petrolchimici. ExxonMobil's goal is to improve industrial efficiency to meet the increasing energy requirements of the world while mitigating the environmental impact.
