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Greenhouse gases to valuable liquid chemicals: High-flux zeolite membrane-based reactor for the efficient conversion of CH4 and CO2

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Conversione dei gas serra in preziosi prodotti chimici liquidi

Con il supporto dei finanziamenti dell’UE, alcuni ricercatori stanno progettando processi più efficienti ed economici per convertire il gas naturale e l’anidride carbonica in sostanze chimiche di alto valore.

Cambiamento climatico e Ambiente

Oggi, la maggior parte delle persone è ben consapevole del fatto che la CO2 sia causa di cambiamenti climatici, ma molti non sono a conoscenza di un’altra forma ancora più potente di gas a effetto serra: il gas naturale o CH4. «Con la produzione di gas naturale in aumento, cresce la necessità di affrontare contemporaneamente sia le emissioni di CO2 che quelle di CH4», afferma Bert Weckhuysen, professore presso l’Università di Utrecht nei Paesi Bassi. L’urgenza della crisi climatica e l’aumento della produzione di gas naturale accelerano la necessità di un modo efficiente per convertire il metano in carburanti liquidi e altri prodotti chimici di base. Soddisfare questa esigenza, e grazie ai finanziamenti del Consiglio europeo della ricerca, è l’obiettivo sul quale sta lavorando il progetto ZeoMemRx (Greenhouse gases to valuable liquid chemicals: High-flux zeolite membrane-based reactor for the efficient conversion of CH4 and CO2). «La conversione di CH4 e CO2 sono obiettivi interconnessi», spiega Weckhuysen, il ricercatore principale. «Una strategia promettente per realizzare questa doppia conversione è trasformare i due gas in sostanze chimiche liquide facilmente trasportabili». Questo approccio è particolarmente interessante perché una tale conversione riduce la quantità di emissioni rilasciate nell’atmosfera e produce anche prodotti chimici di base utilizzabili come combustibili o come precursori per molti processi industriali. «Sfortunatamente, compiere questa trasformazione nella pratica è più facile a dirsi che a farsi», afferma Weckhuysen.

Sfide nella conversione

Secondo Weckhuysen, esistono diversi problemi importanti negli attuali approcci alla conversione, alla separazione e all’utilizzo di CH4 e CO2. Ad esempio, la conversione della CO2 in sostanze chimiche più preziose richiede una fonte affidabile di idrogeno. Inoltre, va considerato che l’elevata stabilità termodinamica della CO2 rende molto difficile trasformarla in altre sostanze chimiche. C’è poi la questione della rapida disattivazione del CH4, per non parlare del fatto che questo gas spesso esiste solo in pozzi situati in aree molto remote. Quest’ultimo problema rende antieconomiche le attuali tecnologie GTL (Gas-To-Liquid), quali la conversione in syngas seguita dall’aggiornamento tramite il processo di sintesi di Fischer-Tropsch (FTS). Queste sfide richiedono approcci innovativi per progettare processi più efficienti ed economici per convertire CH4 e CO2 in sostanze chimiche di alto valore, che è esattamente ciò che il progetto ZeoMemRx sta tentando di fare. «Stiamo proponendo un reattore a membrana di zeolite ad alto flusso in grado di convertire efficacemente una miscela di CH4 e CO2 in idrocarburi e aromatici, compreso il benzene, una versatile sostanza chimica di piattaforma (platform chemical)», osserva Weckhuysen. Una caratteristica chiave del sistema immaginato è una membrana di zeolite altamente orientata con una composizione regolabile fabbricata su un substrato poroso. Essa darà al sistema la capacità di spostare l’equilibrio di reazione e diminuire il tempo di contatto, con una conseguente prestazione catalitica elevata.

Le persone giuste, le giuste competenze e i giusti obiettivi

Sebbene sia un lavoro ancora in corso d’opera, i ricercatori sono riusciti a preparare la zeolite altamente orientata e i relativi materiali catalizzatori necessari per attivare CO2 e CH4. Hanno anche sviluppato il primo prototipo di sistema di reattore a membrana per avviare la reazione, che è ora in fase di ulteriore valutazione. «Tutto, dal trasferimento delle conoscenze alla costruzione del nuovo sistema di reattori e alla creazione di nuovi materiali, è il risultato del lavoro di squadra e della collaborazione che hanno definito questo progetto», conclude Weckhuysen. «Puoi avere una grande idea, ma senza le persone giuste, le giuste competenze e gli obiettivi giusti, rimarrà solo questo: un’idea».

Parole chiave

ZeoMemRx, cambiamenti climatici, gas serra, gas naturale, prodotti chimici liquidi

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