Sin dai tempi antichi, gli esseri umani hanno estratto i sali, come il sale da tavola, dall'oceano. Mentre il sale da tavola è il più facile da ottenere, l'acqua di mare è una ricca fonte di diversi minerali e i ricercatori stanno esplorando quali possono estrarre dall'oceano. Uno di questi minerali, il magnesio, è abbondante nel mare e sempre più utile sulla terraferma.

Il magnesio ha applicazioni emergenti legate alla sostenibilità, tra cui la cattura del carbonio, il cemento a basse emissioni di carbonio e le potenziali batterie di prossima generazione. Queste applicazioni stanno portando una rinnovata attenzione alla produzione domestica di magnesio. Attualmente, il magnesio si ottiene negli Stati Uniti attraverso un processo ad alta intensità energetica dalle salamoie dei laghi salati, alcune delle quali sono in pericolo a causa della siccità. Il Dipartimento dell'Energia ha incluso il magnesio nell'elenco dei materiali critici per la produzione nazionale pubblicato di recente.

Un articolo pubblicato in Environmental Science &Technology Letters mostra come i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) e dell'Università di Washington (UW) abbiano trovato un modo semplice per isolare un sale di magnesio puro, una materia prima per il magnesio metallico, dall'acqua di mare. Il loro nuovo metodo fa fluire due soluzioni fianco a fianco in un lungo flusso. Chiamato metodo del coflow laminare, il processo sfrutta il fatto che le soluzioni fluide creano un confine che reagisce costantemente. Nuove soluzioni scorrono senza mai permettere al sistema di raggiungere un equilibrio.

Questo metodo gioca un nuovo trucco con un vecchio processo. A metà degli anni 20 ^esimo secolo, le aziende chimiche hanno creato con successo una materia prima di magnesio dall'acqua di mare mescolandola con idrossido di sodio, comunemente noto come liscivia. Il risultante sale di idrossido di magnesio, che dà il nome al latte antiacido di magnesia, è stato quindi lavorato per produrre magnesio metallico. Tuttavia, il processo si traduce in una complessa miscela di sali di magnesio e calcio, che sono difficili e costosi da separare. Questo recente lavoro produce sale di magnesio puro, consentendo una lavorazione più efficiente.

"Normalmente, le persone portano avanti la ricerca sulle separazioni sviluppando materiali più complicati", ha affermato Chinmayee Subban, chimico del PNNL e professore affiliato di scienza dei materiali e ingegneria della UW. "Questo lavoro è così eccitante perché stiamo adottando un approccio completamente diverso. Abbiamo trovato un processo semplice che funziona. Se ridimensionato, questo processo potrebbe aiutare a guidare la rinascita della produzione di magnesio negli Stati Uniti generando materie prime primarie. Siamo circondati da un enorme , blu, risorsa non sfruttata."

Dall'acqua Sequim al sale solido

Subban e il team hanno testato il loro nuovo metodo utilizzando l'acqua di mare del campus PNNL-Sequim, consentendo ai ricercatori di sfruttare le strutture PNNL in tutto lo Stato di Washington.

"Come membro dello staff di Scienze costiere, ho appena chiamato un membro del nostro team di chimica Sequim e ho richiesto un campione di acqua di mare", ha detto Subban. "Il giorno successivo, abbiamo fatto consegnare un frigorifero al nostro laboratorio a Seattle. All'interno abbiamo trovato impacchi freddi e una bottiglia di acqua di mare Sequim refrigerata". Questo lavoro rappresenta la collaborazione che può avvenire nei campus di Richland, Seattle e Sequim di PNNL.

Nel metodo del coflusso laminare, i ricercatori fanno scorrere acqua di mare insieme a una soluzione con idrossido. L'acqua di mare contenente magnesio reagisce rapidamente per formare uno strato di idrossido di magnesio solido. Questo strato sottile funge da barriera alla miscelazione della soluzione.

"Il processo di flusso produce risultati notevolmente diversi rispetto alla semplice miscelazione di soluzioni", ha affermato il ricercatore post-dottorato del PNNL Qingpu Wang. "La barriera iniziale di idrossido di magnesio solido impedisce al calcio di interagire con l'idrossido. Possiamo produrre selettivamente idrossido di magnesio solido puro senza richiedere ulteriori fasi di purificazione".

La selettività di questo processo lo rende particolarmente potente. La generazione di idrossido di magnesio puro, senza alcuna contaminazione da calcio, consente ai ricercatori di saltare le fasi di purificazione ad alta intensità energetica e costose.

Sostenibilità per il futuro

Il nuovo e delicato processo ha il potenziale per essere altamente sostenibile. Ad esempio, l'idrossido di sodio utilizzato per estrarre il sale di magnesio può essere generato in loco utilizzando l'acqua di mare e l'energia rinnovabile marina. La rimozione del magnesio è un pretrattamento necessario per la desalinizzazione dell'acqua di mare. L'abbinamento del nuovo processo con le tecnologie esistenti potrebbe rendere più facile ed economico trasformare l'acqua di mare in acqua dolce.

Il team è particolarmente entusiasta del futuro del processo. Il loro lavoro è la prima dimostrazione del metodo del coflusso laminare per separazioni selettive. Questo nuovo approccio ha molte potenziali applicazioni aggiuntive, ma è necessario fare più lavoro per comprendere la chimica alla base del processo. Il divario di conoscenze offre nuove possibilità e direzioni di ricerca per alimentare l'economia blu.

"Vogliamo portare questo lavoro dall'empirico al predittivo", ha affermato lo scienziato dei materiali del PNNL Elias Nakouzi. "C'è un'interessante opportunità per sviluppare una comprensione fondamentale di come funziona questo processo applicandolo a problemi importanti come la creazione di nuovi materiali energetici e il raggiungimento della separazione selettiva di ioni difficili da separare per il trattamento dell'acqua e il recupero delle risorse". + Esplora ulteriormente

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