I metalli liquidi potrebbero essere la soluzione tanto attesa per "rendere più verde" l'industria chimica, secondo i ricercatori che hanno testato una nuova tecnica che sperano possa sostituire i processi di ingegneria chimica ad alta intensità energetica che risalgono all'inizio del XX secolo.
La produzione chimica rappresenta circa il 10-15% delle emissioni totali di gas serra. Oltre il 10% dell'energia totale mondiale viene utilizzata anche nelle fabbriche chimiche.
Risultati pubblicati su Nature Nanotechnology offrire un’innovazione tanto necessaria che si allontani dai vecchi catalizzatori ad alta intensità energetica realizzati con materiali solidi. La ricerca è guidata dal professor Kourosh Kalantar-Zadeh, preside della Scuola di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università di Sydney, e dal dottor Junma Tang, che lavora congiuntamente all'Università di Sydney e all'UNSW.
Un catalizzatore è una sostanza che fa sì che le reazioni chimiche avvengano più velocemente e più facilmente senza partecipare alla reazione. I catalizzatori solidi, in genere metalli solidi o composti solidi di metalli, sono comunemente utilizzati nell'industria chimica per produrre plastica, fertilizzanti, carburanti e materie prime.
Tuttavia, la produzione chimica mediante processi solidi è ad alta intensità energetica e richiede temperature fino a mille gradi centigradi.
Il nuovo processo utilizza invece metalli liquidi, in questo caso sciogliendo stagno e nichel che conferisce loro una mobilità unica, consentendo loro di migrare sulla superficie dei metalli liquidi e reagire con molecole in ingresso come l’olio di canola. Ciò si traduce nella rotazione, frammentazione e riassemblaggio delle molecole di olio di canola in catene organiche più piccole, incluso il propilene, un combustibile ad alta energia cruciale per molte industrie.
"Il nostro metodo offre all'industria chimica una possibilità senza precedenti per ridurre il consumo di energia e rendere più ecologiche le reazioni chimiche", ha affermato il professor Kalantar-Zadeh.
"Si prevede che il settore chimico rappresenterà oltre il 20% delle emissioni entro il 2050", ha affermato il professor Kalantar-Zadeh. "Ma la produzione chimica è molto meno visibile rispetto ad altri settori:un cambiamento di paradigma è vitale."
Gli atomi nei metalli liquidi sono disposti in modo più casuale e hanno maggiore libertà di movimento rispetto ai solidi. Ciò consente loro di entrare facilmente in contatto e partecipare alle reazioni chimiche. "In teoria, possono catalizzare sostanze chimiche a temperature molto più basse, il che significa che richiedono molta meno energia", ha affermato il professor Kalantar-Zadeh.
Nella loro ricerca, gli autori hanno sciolto nichel e stagno ad alto punto di fusione in un metallo liquido a base di gallio con un punto di fusione di soli 30° centigradi.
"Dissolvendo il nichel nel gallio liquido, abbiamo ottenuto l'accesso al nichel liquido a temperature molto basse, agendo come un 'super' catalizzatore. In confronto, il punto di fusione del nichel solido è di 1.455° centigradi. Lo stesso effetto, in misura minore, si riscontra anche per lo stagno metallico nel gallio liquido", ha affermato il dott. Tang.
I metalli erano dispersi in solventi metallici liquidi a livello atomico. "Quindi abbiamo accesso a catalizzatori a singolo atomo. Il singolo atomo è la massima accessibilità della superficie per la catalisi che offre un notevole vantaggio all'industria chimica", ha affermato il dott. Arifur Rahim, autore senior e membro del DECRA presso la Scuola di ingegneria chimica e biomolecolare. .
I ricercatori hanno affermato che la loro formula potrebbe essere utilizzata anche per altre reazioni chimiche mescolando i metalli utilizzando processi a bassa temperatura.
"La catalizzazione richiede una temperatura così bassa che teoricamente potremmo farlo anche in cucina con il piano cottura a gas, ma non provarlo a casa", ha affermato il dott. Tang.
Ulteriori informazioni: Configurazioni dinamiche di atomi metallici allo stato liquido per la sintesi selettiva del propilene, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01540-x
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito dall'Università di Sydney
