Scoperti nuovi materiali per migliorare il processo produttivo dei biocarburanti


    Attraverso l’utilizzo di uno dei più grandi supercomputer al mondo, un team di ricercatori appartenenti all’Università del Minnesota ha identificato alcuni materiali che potrebbero migliorare la produzione di etanolo e dei prodotti petroliferi.

    L’Università del Minnesota ha presentato due richieste di brevetti sulla ricerca per avere la licenza su tali tecnologie. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.

    Auto a bioetanolo - Credits: homepower.comImmagine - 1 - Auto alimentata a bioetanolo. Credits: homepower.com

     

     

     

     

    Le raffinerie di biocarburanti e di prodotti petrolchimici utilizzano materiali chiamati zeoliti che agiscono come setacci per filtrare e trattenere composti chimici. Inoltre tali materiali funzionano come catalizzatori delle reazioni chimiche necessarie alla produzione e alla lavorazione dei carburanti e delle materie prime a partire da risorse rinnovabili e dal petrolio.

    La struttura molecolare nanoporosa della zeolite ZSM-5. Immagine di pubblico dominio.
    Immagine - 2 - La struttura molecolare nanoporosa della zeolite ZSM-5

    Le zeoliti conosciute sono più di 200 mentre le variazioni di zeoliti previste sono centinaia di migliaia. La chiave per il miglioramento dei processi di produzione dei biocarburanti e dei prodotti petrolchimici è rappresentata dalla ricerca delle zeoliti più efficienti.

    Sfortunatamente sintetizzare in laboratorio le zeoliti è un processo lungo e complesso che può richiedere molti mesi per ogni singola zeolite.Quindi analizzare tutte le zeoliti e calcolare tutte le strutture molecolari potrebbe richiedere decenni.

    Per questo motivo i ricercatori dell’Università del Minnesota e della Rice University di Houston hanno sviluppato un processo di screening computazionale complesso in grado di analizzare in maniera virtuale migliaia di zeoliti e identificare le prestazioni per specifiche applicazioni. Questo processo permette di ridurre il bisogno di effettuare esperimenti di laboratorio.

    “Attraverso l’impego di un supercomputer dell’ Argonne National Laboratory, siamo in grado di utilizzare le nostre simulazioni al computer per comprimere decenni di ricerca di laboratorio in un solo giorno di calcolo” ha dichiarato il ricercatore Ilja Siepmann, professore di chimica all’università del Minnesota nonché responsabile della ricerca sulle zeoliti.

    Predire le prestazioni delle zeoliti richiede una elevata potenza di calcolo, algoritmi efficienti e descrizioni accurate delle interazioni molecolari. Il team può utilizzare Mira, un supercomputer con circa 800000 processori, in grado di eseguire in un solo giorno di elaborazione le operazioni che sarebbero richieste a un computer con un singolo processore in un periodo di tempo pari a 10 milioni di ore di calcolo. I ricercatori devono affrontare e risolvere due problemi complessi.

    Screening Process for Zeolites. Credits: University of Minnesota.Immagine - 3 - Ricercatori appartenenti all’Università del Minnesota e la Rice University hanno sviluppato un processo di screening computazionale complesso in grado di analizzare in maniera virtuale migliaia di zeoliti e identificare le prestazioni per specifiche applicazioni. Credits: University of Minnesota.

    Il primo problema da affrontare è il processo di purificazione dell'etanolo a più stadi incontrato nella produzione di biocarburanti. Uno degli ultimi stadi implica la separazione dell’etanolo dall’acqua. Il team ha scoperto che alcune zeoliti alla silice che contengono pori e canali possiedono prestazioni superiori e hanno la possibilità di ospitare al loro interno molecole di etanolo, ma respingono allo stesso tempo l’idrogeno contenuto nelle molecole dell’acqua. Una di queste zeoliti, sintetizzata e testata nel laboratorio del professor Michael Tsapaptsis del dipartimento di ingegneria chimica e scienze dei materiali dell’Università del Minnesota, è risultata così efficace che potrebbe modificare il processo di separazione etanolo/acqua da un processo di distillazione multi stadio a un processo di assorbimento a singolo stadio.

    Il secondo problema che i ricercatori stanno analizzando è la possibilità di potenziare i composti del petrolio trasformandoli in lubrificanti ad alto valore e in prodotti diesel. Il team ha identificato le strutture di zeoliti che potrebbero migliorare il processo di deparaffinazione della trasformazione di lunghe catene lineari in molecole di idrocarburi ramificati, chiamati alcani, che influenzano il punto di scorrimento e la viscosità dei lubrificanti e di altri prodotti petroliferi.

    “Stiamo cercando dei materiali che hanno interessanti proprietà e questo è quanto siamo riusciti ad ottenere con la nostra ricerca” ha dichiarato il coautore dello studio Michael Deem, direttore del dipartimento di bioingegneria e professore di fisica e astronomia alla Rice University. La ricerca continua ad esplorare nuove zeoliti al fine di ottenere in un futuro prossimo combustibili dal minor impatto ambientale e dai costi sostenibili.



    Newsletter

    Resta informato con le nostre notizie periodicamente

    Cliccando sul pulsante iscriviti acconsenti al trattamento dei tuoi dati. La tua email non verrà MAI ceduta a nessuno!