Sebbene di solito pensiamo all'etanolo come carburante per il serbatoio del gas, può anche essere trasformato in sostanze chimiche preziose che potrebbero aiutare a sostituire una varietà di prodotti a base di petrolio oltre alla semplice benzina. Però, l'evoluzione dell'etanolo per una gamma più ampia di industrie richiede processi chimici più efficienti di quelli disponibili oggi.

Gli scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno sviluppato un nuovo catalizzatore che converte l'etanolo in chetoni C5+ che possono fungere da elementi costitutivi per qualsiasi cosa, dai solventi al carburante per aerei. In un nuovo documento, descrivono questa chimica rivoluzionaria e il meccanismo dietro di essa.

One-pot che migliora l'etanolo a chetoni C5+

I catalizzatori sono necessari per accelerare le trasformazioni chimiche che convertono l'etanolo in altri composti. Per essere commercialmente redditizio, un catalizzatore deve essere altamente attivo pur generando selettivamente i prodotti chimici desiderati, in altre parole, deve sfornare in modo affidabile il materiale esatto cercato. Gli scienziati cercano catalizzatori per l'etanolo in grado di produrre i composti giusti in modo efficiente e lo fanno ripetutamente. Nelle sostanze chimiche che richiedono numerosi passaggi di reazione in una lunga cascata di reazioni chimiche verso il prodotto finale, questo può essere un compito arduo.

Il catalizzatore sviluppato al PNNL condensa più reazioni in un unico passaggio. L'etanolo incontra il catalizzatore ad alta temperatura (370°C, o 698°F) e pressione (300 libbre per pollice quadrato). Quindi si converte rapidamente in prodotti contenenti oltre il 70% di chetoni C5+. Il catalizzatore appare anche robusto, rimanendo stabile su 2, 000 ore di utilizzo. L'obiettivo finale è avere un catalizzatore che possa durare da 2 a 5 anni.

Per la loro ricerca, gli scienziati hanno combinato ossido di zinco e biossido di zirconio per il catalizzatore. Tali catalizzatori a ossido misto di solito non raggiungono tale selettività, tirando fuori troppi sottoprodotti indesiderati invece.

Ma i ricercatori hanno aggiunto un altro ingrediente chiave al mix:il palladio. Durante il processo, palladio e zinco formavano una lega che si comportava in modo molto diverso dalle sue parti costituenti, catalizzando solo le necessarie fasi di reazione che portano alla formazione di chetoni C5+.

"La novità è produrre questi chetoni formando la lega tra palladio e zinco durante la reazione, " ha detto Karthi Ramasamy, co-autore dello studio e ingegnere di ricerca senior presso PNNL. "Così tanti passaggi intermedi si verificano tutti su questo catalizzatore:ogni passaggio richiede un componente diverso del catalizzatore per attivarlo".

Un catalizzatore, funzionamento flessibile

Il catalizzatore può essere utilizzato per produrre 2-pentanone e/o 2-eptanone, che vengono utilizzati nei solventi per l'industria elettronica e sono solitamente derivati ​​dal petrolio. I chetoni C5+ possono anche servire come intermedi per produrre miscele di combustibili, lubrificanti, carburante per jet, e gasolio. La generazione di tali prodotti da etanolo rinnovabile anziché da risorse fossili potrebbe aiutare a ridurre le emissioni di gas serra e aumentare la sicurezza energetica.

"Questo catalizzatore è molto flessibile, " ha detto Ramasamy. "Possiamo apportare modifiche alle condizioni operative, come temperatura e pressione, per ottenere la composizione del prodotto desiderata."

Il processo è ulteriormente dettagliato nel documento "Direct Catalytic Conversion of Ethanol to C5+ Ketones:Role of Pd–Zn Alloy on Catalytic Activity and Stability, "pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale .