Il metanolo è una sostanza chimica versatile ed efficiente utilizzata come combustibile nella produzione di innumerevoli prodotti. Anidride carbonica (CO2), d'altra parte, è un gas serra che è il sottoprodotto indesiderato di molti processi industriali.

Convertire la CO2 in metanolo è un modo per fare buon uso della CO2. Nella ricerca pubblicata oggi in Scienza , Gli ingegneri chimici del Rensselaer Polytechnic Institute hanno dimostrato come rendere più efficiente il processo di conversione da CO2 a metanolo utilizzando una membrana di separazione altamente efficace da loro prodotta. Questa svolta, i ricercatori hanno detto, potrebbe migliorare una serie di processi industriali che dipendono da reazioni chimiche in cui l'acqua è un sottoprodotto.

Per esempio, la reazione chimica responsabile della trasformazione della CO2 in metanolo produce anche acqua, che limita fortemente la reazione continua. Il team di Rensselaer ha cercato di trovare un modo per filtrare l'acqua mentre sta avvenendo la reazione, senza perdere altre molecole di gas essenziali.

I ricercatori hanno assemblato una membrana composta da ioni di sodio e cristalli di zeolite in grado di permeare l'acqua in modo rapido e accurato attraverso piccoli pori, noti come nanocanali a conduzione d'acqua, senza perdere molecole di gas.

"Il sodio può effettivamente regolare, o sintonizzare, permeazione di gas, " disse Miao Yu, professore ordinario di ingegneria chimica e biologica e membro del Centro per la biotecnologia e gli studi interdisciplinari (CBIS) a Rensselaer, che ha condotto questa ricerca. "È come se gli ioni di sodio fossero al cancello e lasciassero passare solo l'acqua. Quando entra il gas inerte, gli ioni bloccheranno il gas."

Nel passato, Yu ha detto, questo tipo di membrana era suscettibile di difetti che avrebbero permesso ad altre molecole di gas di fuoriuscire. Il suo team ha sviluppato una nuova strategia per ottimizzare l'assemblaggio dei cristalli, che ha eliminato quei difetti.

Quando l'acqua è stata effettivamente rimossa dal processo, Yu ha detto, il team ha scoperto che la reazione chimica poteva avvenire molto rapidamente.

"Quando potremo togliere l'acqua, l'equilibrio si sposta, il che significa che verrà convertita più CO2 e prodotto più metanolo, " disse Huazheng Li, un ricercatore post-dottorato presso Rensselaer e primo autore del documento.

"Questa ricerca è un ottimo esempio dei contributi significativi che il professor Yu e il suo team stanno dando per affrontare le sfide interdisciplinari nel settore dell'acqua, energia, e l'ambiente, " disse Deepak Vashishth, direttore della CBI. "Lo sviluppo e la distribuzione di tali membrane su misura da parte del gruppo del professor Yu promettono di essere altamente efficaci e pratici".

Il team sta ora lavorando per sviluppare un processo scalabile e una startup che consenta l'utilizzo commerciale di questa membrana per produrre metanolo ad elevata purezza.

Yu ha detto che questa membrana potrebbe essere utilizzata anche per migliorare una serie di altre reazioni.

"Nell'industria ci sono così tante reazioni limitate dall'acqua, " Disse Yu. "Questa è l'unica membrana che può funzionare in modo altamente efficiente nelle dure condizioni di reazione".