Una svolta chimica potrebbe sbloccare il vero potenziale dell’idrogeno in polvere come combustibile

I ricercatori della Deakin University in Australia hanno scoperto che il nitruro di boro, un prodotto chimico domestico comunemente utilizzato nelle vernici, nei cosmetici e nel cemento dentale, potrebbe sbloccare il potenziale dell’idrogeno come combustibile, si legge in un comunicato stampa.

Con l’incombente crisi energetica e la minaccia del cambiamento climatico causato dall’uso di combustibili fossili, la necessità di combustibili alternativi non è mai stata così forte. Gli scienziati di tutto il mondo hanno lavorato per promuovere l’uso dell’idrogeno come fonte di energia alternativa. Tuttavia, lo stoccaggio e il trasporto del carburante rimangono ingombranti e rischiosi.

Un gruppo di ricerca della Deakin University ha scoperto che la soluzione a questo problema è l'umile sostanza chimica chiamata nitruro di boro, e la scoperta è stata così sorprendente che i ricercatori stessi hanno ripetuto gli esperimenti 20-30 volte per confermare i loro risultati e iniziare a credere nel potenziale della sostanza chimica.

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Come suggerisce il nome, la sostanza chimica è il risultato di una reazione chimica tra boro e azoto, che produce un composto chimicamente e termicamente resistente. Grazie a queste proprietà, la sostanza chimica ha trovato applicazione nella fusione dei metalli, ma più vicino a noi viene utilizzata anche come lubrificante nelle vernici e nei cosmetici.

In forma di polvere, il nitruro di boro funziona come un assorbente e funziona piuttosto bene poiché ha un'elevata capacità di assorbimento anche con un ingombro ridotto. I ricercatori hanno sfruttato la sua capacità di assorbimento per separare i gas in un mulino a sfere. Una sorta di macinacaffè, un mulino a sfere è costituito da sfere di acciaio inossidabile che vengono poste all'interno di una camera con una miscela di gas che deve essere separata.

La camera viene quindi fatta ruotare ad alta velocità, durante la quale la reazione meccanochimica tra le pareti della camera del mulino a sfere, le sfere di acciaio inossidabile e la polvere di nitruro di boro all'interno fa sì che un gas venga assorbito dalla polvere.

Nel comunicato si legge che tra una miscela di gas, solo un tipo di gas viene assorbito dalla polvere, che può poi essere rimossa dal mulino e trasportata a temperatura ambiente. Per quanto riguarda l'idrogeno, questo è un metodo piuttosto semplice per trasportare il carburante rispetto ai contenitori ad alta pressione o all'ultra-raffreddamento attualmente in uso. Per rilasciare il gas è necessario riscaldare la polvere sotto vuoto. Una volta estratto il gas, la polvere può essere nuovamente riutilizzata.

Non sono solo i futuri combustibili che questa tecnologia può contribuire a fornire. Attualmente, le raffinerie di petrolio utilizzano un processo chiamato “distillazione criogenica” per separare i componenti del petrolio greggio come benzina e gas da cucina. Si tratta di un processo ad alta intensità energetica che rappresenta circa il 15% della domanda energetica globale.

I ricercatori sono fiduciosi che la loro separazione del gas a base di polvere sia efficace anche per i componenti del petrolio greggio. In condizioni di test, la loro configurazione richiedeva 76,8 KJ/s di energia per separare e immagazzinare 1000 litri di gas. Si tratta di una riduzione del 90% della quantità di energia attualmente spesa per la "distillazione criogenica", afferma il comunicato stampa.

Finora, il gruppo di ricerca ha tentato di utilizzare questo metodo solo per separare pochi litri di gas alla volta. Ora intendono testare la tecnologia su larga scala.

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I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Materials Today.

Astratto: Le miscele di idrocarburi leggeri, olefine e gas di paraffina vengono prodotte durante la lavorazione del gas naturale o petrolchimica. L’industria petrolchimica separa le miscele di gas idrocarburi utilizzando un processo di distillazione criogenica ad alta intensità energetica, che rappresenta il 15% del consumo energetico globale [1]. Per ridurre il consumo energetico è necessario lo sviluppo di un nuovo processo di separazione a risparmio energetico. In questa ricerca, sviluppiamo un processo di separazione meccanochimica verde e a basso consumo energetico in cui le polveri di nitruro di boro (BN) sono state macinate a sfere a temperatura ambiente nell'atmosfera di una miscela di gas di alchino o olefina e paraffina. Il BN adsorbe selettivamente una quantità molto maggiore di gas alchino e olefina rispetto ai gas di paraffina e quindi il gas di paraffina viene purificato dopo il processo di macinazione a sfere. Il gas olefinico adsorbito può essere recuperato dal BN tramite un processo di riscaldamento a bassa temperatura. Il processo meccanochimico produce capacità di assorbimento estremamente elevate di gas alchinici e olefinici nel BN (rispettivamente 708 cm3/g per l'acetilene (C2H2) e 1048 cm3/g per l'etilene (C2H4). Per quanto ne sappiamo, con l'ausilio della macinazione a sfere, i nanofogli BN hanno raggiunto le più elevate capacità di assorbimento per i gas alchinici/olefinici, che sono superiori a tutti gli altri materiali finora riportati. L'analisi chimica rivela che grandi quantità di gas olefinici sono stati adsorbiti quasi chimicamente sui nanofogli BN formati in situ tramite la formazione di legami C – N, mentre una piccola quantità di gas di paraffina è stata adsorbita fisicamente su nanoparticelle BN. Questo processo meccanochimico scalabile ha un grande potenziale come metodo di separazione industriale e può realizzare notevoli risparmi energetici.