Un miglioramento dei catalizzatori offre benefici per la produzione di carburante pulito
I catalizzatori svolgono un ruolo fondamentale nel processo di intensificazione, accelerando e conducendo le reazioni chimiche ai prodotti desiderati. Una strategia emergente riguarda l’integrazione di due catalizzatori all’interno di un unico reattore, con conseguenti reazioni consecutive in tandem. Il progetto 3DMULTICAT (3D microscopy-guided assembly of novel hierarchical, multi-pore, multi-function catalysts for clean fuel production), finanziato dall’UE, ha sviluppato catalizzatori solidi innovativi per una produzione a fase unica di combustibili liquidi ottenuti da gas di sintesi. Questa miscela gassosa comprende monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2) da materie prime di gas naturale o biomassa. I partner del progetto hanno cercato di sviluppare una nuova generazione di catalizzatori, con strutture porose progettate appositamente per controllare il traffico di molecole all’interno dei propri pori. Questi possiedono molteplici funzioni catalitiche, effettuando diverse reazioni a cascata. Il processo si basa sull’integrazione di due reazioni catalitiche in un unico reattore, cioè la sintesi degli idrocarburi di Fischer-Tropsch (FT) e l’idrolavorazione in situ (isomerizzazione e cracking) dei prodotti primari su un catalizzatore per idrocracking. Attraverso studi catalitici fondamentali che utilizzano reagenti modello, i ricercatori hanno scoperto che a differenza delle condizioni di idrocracking standard, la presenza di gas di sintesi ha avvelenato il catalizzatore per l’idrocracking a causa di un forte assorbimento di CO, provocando un cambiamento notevole del percorso di reazione di diversi idrocarburi FT, sul catalizzatore per idrocracking. Incoraggiati da questi risultati, i ricercatori hanno cercato di progettare catalizzatori solidi FT innovativi assistiti da metodi di quantificazione strutturale tridimensionale su scala nano e micrometrica. I risultati hanno dimostrato che con adeguate condizioni di reazione, i fenomeni di trasporto di massa che avvengono nei pori possono influenzare lo schema FT di base. La ricerca relativa ai catalizzatori FT a base di cobalto ha portato allo sviluppo di catalizzatori solidi con porosità complesse e gerarchicamente organizzate e specie metalliche catalitiche uniformemente distribuite. Queste si sono dimostrate efficaci nel controllo del traffico molecolare e nella regolazione della natura dei processi FT catalitici di base, eseguiti in tandem. Gli esiti del progetto L3DMULTICAT contribuiranno a migliorare la progettazione di materiali porosi complessi nel campo della catalisi e a sostenere lo sfruttamento sostenibile delle risorse naturali. Questi progressi contribuiscono alla salvaguardia dell’ambiente e alla mitigazione dei cambiamenti climatici.
Parole chiave
Catalizzatori solidi, intensificazione dei processi, 3DMULTICAT, gas di sintesi, Fischer-Tropsch, idrocracking
