I ricercatori hanno sviluppato un potente, metodo a basso costo per riciclare l'olio da cucina usato e i rifiuti agricoli in biodiesel, e trasformare gli avanzi di cibo e i rifiuti di plastica in prodotti di alto valore.

Il metodo sfrutta un nuovo tipo di catalizzatore ultra efficiente in grado di produrre biodiesel a basse emissioni di carbonio e altre preziose molecole complesse da diversi, materie prime impure.

L'olio da cucina esausto attualmente deve passare attraverso un processo di pulizia ad alta intensità energetica per essere utilizzato nel biodiesel, perché i metodi di produzione commerciale possono gestire solo materie prime pure con l'1-2% di contaminanti.

Il nuovo catalizzatore è così resistente che può produrre biodiesel da ingredienti di bassa qualità, noto come materia prima, contenente fino al 50% di contaminanti.

È così efficiente che potrebbe raddoppiare la produttività dei processi produttivi per la trasformazione dei rifiuti come avanzi di cibo, microplastiche e vecchi pneumatici in precursori chimici di alto valore utilizzati per produrre qualsiasi cosa, da medicinali e fertilizzanti a imballaggi biodegradabili.

Il progetto del catalizzatore è riportato in un nuovo studio di una collaborazione internazionale guidata dalla RMIT University, pubblicato in Catalisi della natura .

Il co-responsabile dell'investigatore professor Adam Lee, RMIT, ha affermato che le tecnologie dei catalizzatori convenzionali dipendevano da materie prime di elevata purezza e richiedevano soluzioni ingegneristiche costose per compensare la loro scarsa efficienza.

"La qualità della vita moderna dipende in modo critico da molecole complesse per mantenere la nostra salute e fornire cibo nutriente, acqua pulita ed energia a basso costo, " ha detto Lee.

"Queste molecole sono attualmente prodotte attraverso processi chimici insostenibili che inquinano l'atmosfera, suolo e corsi d'acqua.

"I nostri nuovi catalizzatori possono aiutarci a sfruttare appieno il valore delle risorse che normalmente andrebbero sprecate, dall'olio da cucina usato rancido alle bucce di riso e alle bucce di verdura, per far progredire l'economia circolare.

"E aumentando radicalmente l'efficienza, potrebbero aiutarci a ridurre significativamente l'inquinamento ambientale causato dalla produzione chimica e avvicinarci alla rivoluzione della chimica verde".

Spugna catalizzatore:avanzare nella chimica verde

Per realizzare il nuovo catalizzatore ultra efficiente, il team ha fabbricato una spugna di ceramica di dimensioni micron (100 volte più sottile di un capello umano) che è altamente porosa e contiene diversi componenti attivi specializzati.

Le molecole inizialmente entrano nella spugna attraverso i pori dilatati, dove subiscono una prima reazione chimica, e poi passano in pori più piccoli dove subiscono una seconda reazione.

È la prima volta che viene sviluppato un catalizzatore multifunzionale in grado di eseguire diverse reazioni chimiche in sequenza all'interno di una singola particella di catalizzatore, e potrebbe essere un punto di svolta per il mercato globale dei catalizzatori da 34 miliardi di dollari.

La professoressa Karen Wilson, ricercatrice co-responsabile, anche da RMIT, ha affermato che il nuovo design del catalizzatore imitava il modo in cui gli enzimi nelle cellule umane coordinavano complesse reazioni chimiche.

"In precedenza sono stati sviluppati catalizzatori in grado di eseguire più reazioni simultanee, ma questi approcci offrono poco controllo sulla chimica e tendono ad essere inefficienti e imprevedibili, " disse Wilson.

"Il nostro approccio bio-ispirato guarda ai catalizzatori della natura, gli enzimi, per sviluppare un modo potente e preciso di eseguire più reazioni in una sequenza prestabilita.

"È come avere una linea di produzione su scala nanometrica per reazioni chimiche, tutto alloggiato in uno, particelle di catalizzatore minuscole e super efficienti."

Diesel fai da te:sostenere la produzione distribuita di biocarburanti

I catalizzatori spugnosi sono economici da produrre, senza utilizzare metalli preziosi.

Produrre biodiesel a basse emissioni di carbonio dai rifiuti agricoli con questi catalizzatori richiede poco più di un grande contenitore, un po' di riscaldamento delicato e mescolando.

È una tecnologia a bassa approccio a basso costo che potrebbe far progredire la produzione distribuita di biocarburanti e ridurre la dipendenza dal diesel derivato da combustibili fossili.

"Ciò è particolarmente importante nei paesi in via di sviluppo in cui il diesel è il combustibile principale per alimentare i generatori elettrici domestici, " disse Wilson.

"Se potessimo consentire agli agricoltori di produrre biodiesel direttamente dai rifiuti agricoli come la crusca di riso, gusci di anacardi e semi di ricino, sulla propria terra, questo aiuterebbe ad affrontare le questioni critiche della povertà energetica e delle emissioni di carbonio".

Mentre i nuovi catalizzatori possono essere utilizzati immediatamente per la produzione di biodiesel, con un ulteriore sviluppo potrebbero essere facilmente adattati alla produzione di carburante per aerei da rifiuti agricoli e forestali, vecchi pneumatici in gomma, e persino alghe.

I prossimi passi per il team di ricerca della RMIT School of Science stanno aumentando la fabbricazione del catalizzatore da grammi a chilogrammi e adottando tecnologie di stampa 3D per accelerare la commercializzazione.

"Speriamo anche di espandere la gamma di reazioni chimiche per includere la luce e l'attivazione elettrica per tecnologie all'avanguardia come la fotosintesi artificiale e le celle a combustibile, " ha detto Lee.

"E stiamo cercando di lavorare con potenziali partner commerciali per creare una gamma di catalizzatori disponibili in commercio per diverse applicazioni".