Un team di ricercatori dell'Università del Minnesota ha superato un grosso ostacolo nella ricerca di un tipo specializzato di setaccio molecolare che potrebbe rendere la produzione di benzina, plastiche e vari prodotti chimici più convenienti ed efficienti dal punto di vista energetico. La ricerca rivoluzionaria, guidato dal professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali Michael Tsapatsis nel College of Science and Engineering dell'università, è pubblicato nell'ultimo numero della rivista Scienza .
Dopo oltre un decennio di ricerche, il team ha ideato un mezzo per lo sviluppo indipendente, nanofogli di zeolite ultrasottili che, come film sottili, possono accelerare il processo di filtrazione e richiedere meno energia. Il team ha un brevetto provvisorio e spera di commercializzare la tecnologia.
"Oltre alla ricerca sui nuovi combustibili rinnovabili, prodotti chimici e plastiche naturali, dobbiamo anche esaminare i processi di produzione di questi e altri prodotti che usiamo ora e cercare di trovare modi per risparmiare energia, " ha detto Tsapatsis.
La separazione di sostanze miste può richiedere notevoli quantità di energia, attualmente stimata in circa il 15% del consumo totale di energia, parte della quale viene sprecata a causa di inefficienze di processo. In giorni di carburante abbondante e poco costoso, questa non era una considerazione importante durante la progettazione di processi di separazione industriale come la distillazione per la purificazione della benzina e dei precursori dei polimeri. Ma poiché i prezzi dell'energia aumentano e le politiche promuovono l'efficienza, è cresciuta la necessità di alternative più efficienti dal punto di vista energetico.
Un'opzione promettente per separazioni più efficienti dal punto di vista energetico è la separazione molecolare ad alta risoluzione con membrane. Si basano sull'adsorbimento e/o setacciatura preferenziale di molecole con minuscole differenze di forma e dimensione. Tra i candidati per le membrane di separazione selettiva, i materiali zeolitici (cristalli con pori di dimensioni molecolari) mostrano particolari promesse.
Mentre le zeoliti sono state utilizzate come adsorbenti e catalizzatori per diversi decenni, ci sono state sfide sostanziali nella lavorazione di materiali zeolitici in fogli estesi che rimangono intatti. Per consentire la tecnologia di risparmio energetico, gli scienziati avevano bisogno di sviluppare soluzioni convenienti, metodi di deposizione affidabili e scalabili per la formazione di zeoliti a film sottile.
Il team dell'Università del Minnesota ha utilizzato le onde sonore in un processo di centrifuga specializzato per sviluppare "tappeti" di nanofogli di tipo cristallino traballante che non sono solo piatti, ma hanno la giusta quantità di spessore. Il prodotto risultante può essere utilizzato per separare le molecole come setaccio o come barriera a membrana sia nella ricerca che nelle applicazioni industriali.
"Pensiamo che questa scoperta sia molto promettente nelle applicazioni commerciali, " ha detto Kumar Varoon, un dottorato di ricerca in ingegneria chimica e scienze dei materiali dell'Università del Minnesota. candidato e uno dei principali autori dell'articolo pubblicato su Science. "Questo materiale ha una buona copertura ed è molto sottile. Potrebbe ridurre significativamente i costi di produzione nelle raffinerie e risparmiare energia".
