In un anno che ha già messo a dura prova le filiere produttive, un'altra carenza complica la vita di produttori e consumatori:plastica, e l'imballaggio alimentare, componenti automobilistici, capi di abbigliamento, attrezzature mediche e di laboratorio e innumerevoli altri articoli che si basano su di esse.

Ma un nuovo catalizzatore chimico sviluppato presso l'Università del Michigan potrebbe consentire la produzione di una maggiore quantità di materia prima per la seconda plastica più utilizzata al mondo. La materia prima, propilene, viene utilizzato per produrre il polipropilene di plastica, 8 milioni di tonnellate ogni anno.

Il nuovo catalizzatore, che può produrre propilene dal gas naturale, è almeno 10 volte più efficiente degli attuali catalizzatori commerciali. E dura 10 volte di più prima di aver bisogno di rigenerazione. È fatto di nanoparticelle di platino e stagno che sono supportate da una struttura di silice.

"L'industria si è spostata nel corso degli anni dalle materie prime del petrolio al gas di scisto, " disse Suljo Linic, il professore universitario Martin Lewis Perl di ingegneria chimica all'UM e autore senior di un articolo pubblicato in Scienza . "Quindi c'è stata una spinta per trovare un modo per produrre in modo efficiente propilene dal propano, un componente del gas di scisto. Questo catalizzatore raggiunge questo obiettivo".

Il segreto per una "deidrogenazione non ossidativa" efficiente

Il propilene è stato tradizionalmente prodotto nelle raffinerie di petrolio in enormi steam cracker che scompongono la materia prima del petrolio in molecole di idrocarburi più leggere. Ma il cracking del gas di scisto per produrre propilene è stato inefficiente.

Il nuovo catalizzatore può produrre in modo efficiente propilene, una molecola con tre atomi di carbonio e sei idrogeni, dal propano, che ha due idrogeni aggiuntivi. Utilizza un processo chiamato deidrogenazione non ossidativa. Uno dei motivi per cui gli attuali catalizzatori sono inefficienti è che richiedono l'aggiunta di idrogeno al processo. Questo approccio no.

L'innovazione chiave del nuovo catalizzatore è il modo in cui utilizza la silice come struttura di supporto per le nanoparticelle di platino e stagno, piuttosto che l'allumina utilizzata negli attuali catalizzatori. L'allumina reagisce con lo stagno, facendolo separare dal platino e rompendo il catalizzatore. Poiché il nuovo catalizzatore trattiene questa reazione, ha una vita più lunga.

"La silice come supporto per le nanoparticelle di platino-stagno è stata provata in precedenza, ma le tecniche di sintesi convenzionali non erano abbastanza precise da consentire una stretta interazione tra platino e stagno, " disse Ali Hussain Motagamwala, Assegnista di ricerca post-dottorato e primo autore dell'articolo.

"Abbiamo superato questo problema sintetizzando prima un complesso platino-stagno con un'eccellente interazione. Abbiamo quindi supportato questo complesso su silice per produrre un catalizzatore molto ben definito che è attivo, selettivo e stabile durante la deidrogenazione non ossidativa del propano."

Una chiave per la commercializzazione sarà trovare un modo per rigenerare il catalizzatore dopo che è stato contaminato dal carbonio. Anche se gli attuali catalizzatori sono di breve durata, Linic dice, l'industria chimica ha sviluppato un intricato sistema in grado di rigenerare il catalizzatore sporco in modo rapido ed efficiente. Un sistema simile dovrà essere sviluppato per il nuovo catalizzatore.

Forniture stabilizzanti di propilene

"Costruire i tipi di impianti che eseguano questo processo su scala commerciale sarebbe un investimento enorme, e per questo motivo, l'industria chimica tende a muoversi lentamente, " Disse Linic. "Questo catalizzatore è molto buono, ma la rigenerazione è la prossima grande domanda."

Mentre il catalizzatore è ancora in fase di ricerca, ha la possibilità di rafforzare le forniture mondiali di propilene, che sono stati impoveriti dall'impennata della domanda globale, Problemi di produzione causati dal COVID e una serie di arresti legati agli uragani nelle raffinerie di petrolio della costa del Golfo che producono la sostanza chimica.

Il documento si intitola "Catalizzatori stabili e selettivi per la deidrogenazione del propano operanti al limite termodinamico".