Soluzione software per la progettazione di reattori chimici efficienti
La cinetica delle reazioni chimiche, ovvero la velocità di conversione delle sostanze da uno stato all’altro, è un campo critico della chimica. La comprensione della cinetica chimica è fondamentale, ad esempio, nella progettazione dei reattori all’interno dei quali avvengono queste conversioni chimiche. «Un’applicazione comune della cinetica chimica è il convertitore catalitico di gas di scarico», spiega il coordinatore del progetto SERENiTi Joris Thybaut, professore di ingegneria della reazione catalitica presso l’Università di Gand, in Belgio. «In questo modo si eliminano i componenti più nocivi dei gas di scarico dei veicoli, convertendoli in componenti meno nocivi.» La progettazione di tali convertitori di gas di scarico e, più in generale, di reattori commerciali su larga scala tende ad affidarsi ad anni di esperienza pratica, piuttosto che a una più profonda comprensione della chimica alla base. Una sfida fondamentale per l’industria è stata il tempo e i costi necessari per costruire un modello cinetico dettagliato.
Comprendere i processi chimici
Il progetto SERENiTi è stato lanciato con l’obiettivo di cercare di affrontare questa sfida, attraverso lo sviluppo di uno strumento software chiamato «microKinetic Engine» (µKE), che permette agli scienziati di sviluppare modelli cinetici dettagliati, per valutare più accuratamente la velocità delle reazioni chimiche. Una versione iniziale dello strumento era stata costruita durante un precedente progetto finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, chiamato ELR1K. Il software evidenziava ancora delle difficoltà a risolvere serie di equazioni per descrivere la cinetica dettagliata. «Tuttavia questo progetto ci ha permesso di sviluppare un’interfaccia utente grafica per il µKE e ci ha indicato dove erano necessari ulteriori sviluppi», spiega Thybaut. «Con SERENiTi siamo stati in grado di affrontare queste sfide e garantire che il software sia efficiente a livello di tempistiche.» Completato nel marzo 2020, il progetto ha suscitato l’interesse di diverse aziende. I principali soggetti del settore chimico, ad esempio, hanno voluto applicare lo strumento ai propri processi, per ottenere una migliore comprensione e individuare le aree di miglioramento. «Come ho detto prima, molti processi chimici si basano su intuizioni ed esperienze pratiche», osserva Thybaut. «Questi spunti sono preziosi, ma la nostra argomentazione è che lo sviluppo di un modello cinetico accurato è fondamentale per una migliore progettazione e implementazione del processo.»
Una resa chimica più elevata
Thybaut confida che l’innovazione aiuterà il settore chimico europeo a ottimizzare i propri processi. «La progettazione di reattori più flessibili aiuterà le nostre aziende a diventare più competitive in termini di costi», aggiunge. «Raggiungere una migliore comprensione delle reazioni chimiche porterà a una maggiore resa di prodotto.» Il ricercatore punta al settore oleochimico europeo, prodotti chimici derivati da grassi e oli, che si trova ad affrontare la forte concorrenza delle raffinerie dell’Asia orientale. Queste raffinerie tendono a concentrarsi su una specifica materia prima: l’olio di palma. «Una migliore conoscenza della cinetica della raffinazione di oli provenienti da diverse fonti potrebbe aiutare le nostre raffinerie a sopravvivere e persino a prosperare», dice. «Anche un leggero aumento della resa può avere un impatto significativo, visti i margini ristretti che caratterizzano il settore chimico.» È stato presentato e approvato un progetto di follow-up finanziato dal CER. Thybaut si aspetta che il software venga infine commercializzato e concesso in licenza, e che serva da base per un’azienda spin-off. «Come risultato del progetto di follow-up, la speranza a lungo termine sarebbe quella di presentare brevetti nel settore della conversione del petrolio greggio in prodotti chimici», osserva. L’interesse è stato espresso anche dal settore farmaceutico, che parimenti impiega in maniera massiccia processi di conversione chimica per sviluppare medicinali e farmaci. Il potenziale, aggiunge Thybaut, è enorme: «In fin dei conti, tutti noi siamo consumatori di prodotti chimici, o guidatori di automobili».
Parole chiave
SERENiTi, software, chimico, cinetica, catalitico, ingegneristico, oleochimico, farmaceutico
