I ricercatori della Washington State University hanno compiuto un primo passo fondamentale nella conversione economica dei materiali vegetali in combustibili:evitare che il ferro si arrugginisca.

I ricercatori hanno determinato come evitare che il ferro arrugginisca in importanti reazioni chimiche necessarie per convertire i materiali vegetali in combustibili, il che significa che l'elemento economico e facilmente disponibile potrebbe essere utilizzato per la conversione dei biocarburanti economicamente vantaggiosa.

Guidati da Yong Wang, Voiland Distinguished Professor presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, e Shuai Wang dello State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces presso l'Università di Xiamen, i ricercatori riferiscono del loro lavoro sulla copertina del numero di luglio di Catalisi ACS .

I ricercatori hanno cercato di trovare modi più efficienti per creare combustibili e prodotti chimici da risorse vegetali rinnovabili, come dalle alghe, scarti delle colture, o residui forestali. Ma, questi combustibili a base biologica tendono ad essere più costosi con una minore densità energetica rispetto ai combustibili fossili.

Un grosso ostacolo nell'utilizzo di materie prime a base vegetale per il carburante è che l'ossigeno deve essere rimosso da esse prima che possano essere utilizzate.

"Vuoi usare il catalizzatore più economico per rimuovere l'ossigeno, " ha detto Jean-Sabin McEwen, coautore del documento e professore associato presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. "Il ferro è una buona scelta perché è super abbondante."

I catalizzatori a base di ferro mostrano una grande promessa per essere in grado di rimuovere l'ossigeno, ma poiché i materiali vegetali contengono anche ossigeno, il ferro si ossida, o arrugginisce, durante la reazione, e poi la reazione smette di funzionare. Il trucco sta nel far sì che il ferro rimuova l'ossigeno dalle piante senza assorbire così tanto ossigeno da fermare la reazione.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno ancorato il loro catalizzatore di ferro con una struttura di carbonio che è stata modificata per incorporare azoto. La struttura modifica le proprietà del ferro, in modo che interagisca meno con l'ossigeno mentre continua a fare il lavoro necessario per rimuovere l'ossigeno dal materiale vegetale. I ricercatori hanno usato l'azoto come una sorta di quadrante di controllo per regolare l'interazione del ferro con l'ossigeno.

In un altro articolo pubblicato di recente in Scienze chimiche guidato da Yong Wang e Junming Sun, un professore assistente di ricerca presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, i ricercatori hanno scoperto un catalizzatore durevole a base di ferro con un sottile strato di grafene di carbonio attorno ad esso. Lo strato di grafene ha protetto il ferro mentre gli ioni di cesio hanno permesso ai ricercatori di adattare le sue proprietà elettroniche alla reazione desiderata.

"Abbiamo ridotto la reazione dell'ossigeno, " disse Sun. "Proteggendo il ferro e sintonizzando le sue proprietà, questi lavori forniscono la base scientifica per l'utilizzo di ferro abbondante ed economico come catalizzatore per la conversione della biomassa".

I ricercatori stanno ora lavorando per comprendere meglio la chimica delle reazioni, quindi possono aumentare ulteriormente la reattività dei catalizzatori di ferro. Dovranno anche provare i loro catalizzatori con materie prime reali invece dei composti modello utilizzati per lo studio. Le materie prime raccolte dai campi agricoli saranno più complicate nelle loro composizioni con molte impurità, e i ricercatori dovrebbero anche integrare il loro catalizzatore in una serie di passaggi che vengono utilizzati nel processo di conversione.

"Stiamo cercando di fare la conversione nel modo più economico possibile, " ha detto Wang.  "La chiave è cercare di trovare catalizzatori robusti basati su elementi abbondanti della terra. Questo è un primo passo in quella direzione».