La combinazione di elettrochimica e tecnologia di flusso è molto promettente per la produzione sostenibile di sostanze chimiche preziose, come le materie prime a base biologica. Il ricercatore Yiran Cao ha esplorato la sintesi organica elettrochimica in flusso, e soprattutto microreattori a flusso continuo, un campo nuovo ed entusiasmante che presenta diverse sfide. Cao ha difeso il suo dottorato di ricerca. tesi martedì 7 settembre.

L'elettrochimica si occupa della relazione tra processi elettrici e chimici. Questi fenomeni si verificano sempre all'interfaccia tra due conduttori, un elettrolita e un elettrodo.

Presenta diversi vantaggi rispetto alle normali reazioni chimiche, in quanto consente di eseguire la chimica con elettroni senza traccia come reagenti. Ciò significa un minor uso di sostanze chimiche pericolose. Ti dà anche la possibilità di utilizzare elettricità verde derivata da fonti energetiche sostenibili, come l'energia solare ed eolica. È anche altamente sintonizzabile e scalabile, che consente di produrre sostanze chimiche preziose in modo sicuro e sostenibile.

La promessa del flusso

In combinazione con la tecnologia del flusso (che si occupa della dinamica dei fluidi), l'elettrochimica fornisce un controllo ancora maggiore sulle condizioni di reazione. L'implementazione di reazioni elettrochimiche in flusso, però, è molto più complicato del semplice pompaggio della miscela di reazione in una cella elettrolitica.

"Comprendere i principi ingegneristici alla base delle osservazioni può aiutare a sfruttare il pieno potenziale della tecnologia, "dice Yiran Cao.

Nella sua tesi, il ricercatore di origine cinese ha esplorato la sintesi organica elettrochimica in flusso, con un focus sui cosiddetti microreattori a flusso continuo, che può essere utilizzato per convertire materie prime a base biologica.

La sua ricerca ha coinvolto diverse fasi, dalla progettazione e verifica di un reattore elettrochimico a microflusso, la conversione elettrochimica del furfurale (un tipico prodotto chimico a base biologica) in preziose sostanze chimiche in flusso, alla trasformazione e accelerazione di reazioni elettrochimiche bifasiche gas-liquido in reattore a microflusso, e l'analisi numerica del regime di flusso di Taylor liquido-liquido.

Punto di partenza

"Il mio obiettivo era combinare chimica organica e ingegneria chimica, che si spera possa servire come utile riferimento e punto di partenza per altri ricercatori che cercano di tradurre la loro elettrochimica in flusso, "dice il ricercatore.

"Sebbene siano stati compiuti progressi significativi nell'ultimo decennio, andare avanti non è senza una sfida. La comunità dovrebbe concentrarsi maggiormente su esempi che forniscano vantaggi decisivi, come l'elettrochimica multifase. Questo è rimasto in gran parte sottorappresentato fino ad oggi".

Una delle sfide che Cao ha incontrato nella sua ricerca è stata l'intasamento dei canali, quale, secondo lui, continua ad essere il tallone d'Achille della tecnologia dei microreattori. La risoluzione di questi problemi richiede indubbiamente sforzi di collaborazione tra ingegneri chimici e chimici sia del mondo accademico che dell'industria, lui crede.

"Sono fiducioso che i progressi su questi aspetti aumenteranno l'utilità della tecnologia dei reattori a flusso e spingeranno i confini dell'elettrochimica organica sintetica".