La svolta rende improvvisamente facile dividere e immagazzinare un gas

15 luglio 2022

Ellen Phiddian è una giornalista scientifica presso Cosmos. Ha conseguito una laurea (con lode) in chimica e comunicazione della scienza e un master in comunicazione della scienza, entrambi presso l'Australian National University.

Chiunque abbia mai legato un pallone sa quanto sia difficile immagazzinare un gas. Ci vuole molta più energia e impegno per farlo su larga scala, il che irrita seriamente molte persone nel settore energetico. L’avvento dell’idrogeno e della cattura del carbonio non farà altro che rendere questo problema ancora più importante.

Ancora più complicato è separare le miscele di gas, come i vari gas a base di carbonio emessi dall’estrazione e dalla raffinazione dei combustibili fossili. Sia per separare che per immagazzinare, l’industria in genere fa affidamento sul raffreddamento dei gas fino a quando non diventano liquidi, un processo ad alta intensità di energia e risorse.

Ma una svolta da parte dei ricercatori australiani potrebbe cambiare la situazione. Il loro metodo funziona a temperatura e pressione ambiente e richiede solo un po’ di nitruro di boro e alcuni cuscinetti a sfera.

Finora, i ricercatori hanno dimostrato che può separare diversi tipi di gas idrocarburi, come metano e acetilene, che può poi immagazzinare in modo pulito ed efficiente. Potrebbe funzionare anche per l’idrogeno o forse l’anidride carbonica.

La tecnica utilizza un composto chiamato nitruro di boro, che è costituito (non sorprende) da boro e azoto. La polvere di nitruro di boro viene messa in un mulino a sfere – un macinatore rotante – con il gas o i gas di interesse.

"Quando abbiamo inserito per la prima volta questi idrocarburi nel nitruro di boro, il gas è completamente scomparso", afferma il dottor Srikanth Mateti, ricercatore presso l'Istituto per i materiali di frontiera della Deakin University.

Il risultato è stato così insolito che Mateti e colleghi hanno dovuto ripeterlo più volte prima di essere convinti che non si trattasse di un errore.

“Poi ci abbiamo riprovato 20, 30 volte. Perché stava succedendo questo? È stato l'esperimento o una fuga di gas, non è stato sigillato bene? Abbiamo modificato ogni parametro e comunque si è comportato allo stesso modo.

I ricercatori si sono resi conto che il loro nitruro di boro poteva legarsi molto bene ad alcuni gas. I gas a cui si lega appartengono a classi di composti chiamati “olefine” e “alchini”: l’acetilene, un combustibile comune, è un tipo di alchino.

Sono stati in grado di capire una ragione chimica per questo.

"La configurazione elettronica dell'azoto e la configurazione di alcune molecole di gas corrispondono", afferma Mateti.

La combinazione del nitruro di boro e del mulino a sfere crea una reazione meccanochimica che assorbe i gas olefinici e alchinici nella polvere. Ma ignora altri gas, come il metano.

Ciò significa che una miscela di metano e acetilene, che sono chimicamente molto simili, può essere facilmente separata. Significa anche che l’acetilene potrebbe essere trasportato in sicurezza da un luogo all’altro sotto forma di polvere.

Quando la polvere viene riscaldata sotto vuoto, rilascia nuovamente il gas.

La polvere di nitruro di boro è riutilizzabile. L'intero processo è molto efficiente dal punto di vista energetico e utilizza solo circa 80 kilojoule al secondo per immagazzinare 1.000 litri di gas.

Sebbene i ricercatori abbiano dimostrato che questo funziona per l'acetilene e l'etilene, sono fiduciosi che potrebbe essere adattato per immagazzinare altri gas, come l'idrogeno o il biossido di carbonio.

“Ci stiamo lavorando”, dice Mateti.

Dice che il sistema funzionerebbe anche per separare e rimuovere le impurità di carbonio dall'idrogeno prima di utilizzarlo nelle celle a combustibile. “Se l’idrogeno non è puro, distruggerà la cella a combustibile. Quindi è necessario disporre di una sorta di sistema di purificazione. Puoi usare il nostro."

I ricercatori sono riusciti a separare facilmente un paio di litri di gas nel loro laboratorio. Poiché utilizza un metodo industriale comune, dovrebbe essere un processo facile da espandere.

"Dobbiamo solo ottimizzare alcuni parametri: le ricette di cucina", afferma Mateti. "Come il contenuto dei gas, la quantità di materiale necessaria e la quantità di macinazione a sfere."

Hanno presentato una domanda di brevetto provvisorio per il processo e stanno cercando di sperimentarlo su scala industriale.

Un articolo che descrive la loro scoperta è pubblicato su Materials Today.