Il primo reattore chimico termodinamicamente reversibile in grado di produrre idrogeno come flusso di prodotto puro rappresenta un passo avanti "trasformativo" nell'industria chimica, gli autori di un nuovo studio sostengono.

Il nuovo reattore, descritto oggi nella prestigiosa rivista accademica Chimica della natura , evita la miscelazione dei gas reagenti trasferendo ossigeno tra i flussi di reagenti tramite un serbatoio di ossigeno allo stato solido.

Questo serbatoio è progettato per rimanere vicino all'equilibrio con i flussi di gas reagenti mentre seguono la loro traiettoria di reazione e quindi conserva una "memoria chimica" delle condizioni a cui è stato esposto.

Il risultato è che l'idrogeno viene prodotto come flusso di prodotto puro, eliminando la necessità di una costosa separazione dei prodotti finali.

Guidato dall'Università di Newcastle, UK, la ricerca ha coinvolto esperti delle università di Durham ed Edimburgo e dell'European Synchrotron Radiation Facility in Francia, ed è stato finanziato dall'Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Professor Ian Metcalfe, l'autore principale e professore di ingegneria chimica alla Newcastle University ha dichiarato:

"I cambiamenti chimici vengono solitamente eseguiti tramite reazioni miste in cui più reagenti vengono mescolati insieme e riscaldati. Ma questo porta a perdite, conversione incompleta dei reagenti e una miscela finale di prodotti che devono essere separati.

"Con il nostro reattore a memoria di idrogeno possiamo produrre puro, prodotti separati. Potresti chiamarlo il reattore perfetto".

L'elemento più abbondante nell'universo

L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo. Prodotto attraverso la scissione di molecole d'acqua, il passaggio alle energie rinnovabili ha portato a un aumento del cosiddetto "idrogeno verde".

L'idrogeno è un deposito di energia pulita e utile e può essere utilizzato come combustibile, per generare elettricità e possono essere immagazzinati e trasportati attraverso le reti del gas.

Tutti i processi, siano essi chimici, meccanici o elettrici, sono termodinamicamente irreversibili, e sono meno efficienti di quanto potrebbero essere altrimenti.

Ciò significa che nei reattori chimici tradizionali quando viene prodotto l'idrogeno deve essere separato dagli altri prodotti, un processo che è sia costoso che spesso ad alta intensità energetica.

Descrivendo il loro nuovo sistema, il team ha dimostrato un reattore chimico in grado per la prima volta di avvicinarsi al funzionamento termodinamicamente reversibile.

Reagendo acqua e monossido di carbonio per generare idrogeno e anidride carbonica, il sistema impedisce anche che il carbonio venga trasportato nel flusso di produzione di idrogeno sotto forma di monossido di carbonio o anidride carbonica, evitando così la contaminazione del prodotto.

"Ruotando" il serbatoio un po' come un interruttore, il team ha dimostrato che è possibile raggiungere un'elevata conversione nel sistema in modo che l'anidride carbonica e l'idrogeno vengano prodotti alle due estremità del reattore come prodotti puri.

"Mentre la produzione convenzionale di idrogeno richiede due reattori e una separazione, il nostro reattore compie tutti i passaggi in un'unica unità, " aggiunge il professor Metcalfe.

"E mentre dimostriamo il concetto con l'idrogeno, il concetto di reattore di memoria può essere applicato anche ad altri processi."