La nanotecnologia contro le emissioni industriali
L’uso dei combustibili fossili ha creato diversi problemi, per i quali i vari paesi stanno sviluppando attivamente delle soluzioni che ne aumentino la sostenibilità. Tutte le soluzioni richiedono una forma di separazione e purificazione, attualmente ottenuta con processi ad alta intensità energetica quali assorbimento, separazione criogenica e distillazione. Le membrane polimeriche sono considerate uno dei metodi più efficienti per separare i gas. La maggior parte dei polimeri però ha una bassa permeabilità o non permette di fare una selezione tra un gas e un altro. Il progetto DOUBLENANOMEM (Nanocomposite and nanostructured polymeric membranes for gas and vapour separations), finanziato dall’UE, ha sviluppato nuovi polimeri che separano in maniera efficace le miscele di gas. Il progetto ha esaminato combinazioni appropriate di nanofiller con micro cavità al loro interno, che hanno dimensioni ben definite e una porosità dispersa, in polimeri nano porosi avanzati. L’aggiunta di nanofiller, come nanotubi di carbonio, zeoliti, ossidi mesoporosi e strutture metallo-organiche ha permesso di aumentare il volume privo di polimeri e di creare canali preferenziali per il trasporto di massa. Oltre a sviluppare polimeri di alto volume come i polinorborneni, gli scienziati hanno anche prodotto polimeri con microporosità intrinseca. Tali polimeri non sono in grado di riempirsi efficientemente allo stato solido e quindi intrappolano un sufficiente volume libero. Grazie alla struttura contorta, permettono un trasporto veloce di piccole molecole di gas. Gli scienziati hanno sviluppato una nuova reazione di polimerizzazione basata su chimica antica – formazione di basi di Tröger – che ha permesso loro di preparare una struttura polimerica estremamente rigida. Le potenziali applicazioni di questo metodo dovrebbero andare molto oltre la preparazione di polimeri solo per le membrane per separare i gas. A causa della sua estrema rigidità, il polimero agisce come un setaccio molecolare e ostacola il trasporto di molecole di gas più grandi. Per diventare un’alternativa interessante, le membrane di pervaporazione devono essere migliorate e devono diventare altamente selettive per l’etanolo rispetto all’acqua. Il progetto ha raggiunto una migliore comprensione dei processi di fouling che avvengono nelle membrane per migliorare il recupero dell’etanolo dal brodo di fermentazione. L’innovativa tecnologia della membrana sviluppata nell’ambito del progetto dovrebbe anche fornire un’alternativa ai processi tradizionali per la separazione del CO2 nelle centrali elettriche. Nonostante le loro potenzialità, i materiali polimerici devono essere scalati per permettere un’ulteriore valutazione dei processi di separazione.
Parole chiave
Emissioni industriali, separazione dei gas, membrana polimerica, nanofiller, microporosità
