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Ora, scrivendo sulla rivista Joule, Ung Lee e colleghi riportano uno studio su un impianto pilota per l'idrogenazione dell'anidride carbonica per produrre acido formico (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01 ). 003;2024). Questo studio dimostra l'ottimizzazione di diversi elementi chiave del processo di produzione. A livello del reattore, la considerazione delle proprietà chiave del catalizzatore, come l'efficienza catalitica, la morfologia, la solubilità in acqua, la stabilità termica e la disponibilità di risorse su larga scala, può contribuire a migliorare le prestazioni del reattore mantenendo basse le quantità di materia prima richieste. In questo caso, gli autori hanno utilizzato un catalizzatore al rutenio (Ru) supportato su una struttura mista covalente di triazina bipiridil-tereftalonitrile (denominata Ru/bpyTNCTF). Hanno ottimizzato la selezione di coppie di ammine adatte per un'efficiente cattura e conversione della CO2, selezionando la N-metilpirrolidina (NMPI) come ammina reattiva per catturare la CO2 e promuovere la reazione di idrogenazione per formare formiato, e l'N-butil-N-imidazolo (NBIM) come ammina reattiva. Dopo aver isolato l'ammina, il formiato può essere isolato per l'ulteriore produzione di FA attraverso la formazione di un trans-addotto. Inoltre, hanno migliorato le condizioni operative del reattore in termini di temperatura, pressione e rapporto H2/CO2 per massimizzare la conversione della CO2. In termini di progettazione del processo, hanno sviluppato un dispositivo costituito da un reattore a letto percolante e tre colonne di distillazione continua. Il bicarbonato residuo viene distillato nella prima colonna; l'NBIM viene preparato formando un trans-addotto nella seconda colonna; il prodotto FA viene ottenuto nella terza colonna; Anche la scelta del materiale per il reattore e la torre è stata attentamente ponderata, optando per l'acciaio inossidabile (SUS316L) per la maggior parte dei componenti e per un materiale commerciale a base di zirconio (Zr702) per la terza torre, al fine di ridurre la corrosione del reattore grazie alla sua resistenza alla corrosione degli elementi di combustibile. Inoltre, il costo è relativamente basso.
Dopo aver ottimizzato attentamente il processo produttivo – selezionando la materia prima ideale, progettando un reattore a letto percolante e tre colonne di distillazione continua, scegliendo con cura i materiali per il corpo della colonna e il riempimento interno per ridurre la corrosione e mettendo a punto le condizioni operative del reattore – gli autori dimostrano la realizzazione di un impianto pilota con una capacità giornaliera di 10 kg di assemblaggi di combustibile, in grado di mantenere un funzionamento stabile per oltre 100 ore. Grazie a un'attenta analisi di fattibilità e del ciclo di vita, l'impianto pilota ha ridotto i costi del 37% e il potenziale di riscaldamento globale del 42% rispetto ai processi tradizionali di produzione di assemblaggi di combustibile. Inoltre, l'efficienza complessiva del processo raggiunge il 21% e la sua efficienza energetica è paragonabile a quella dei veicoli a celle a combustibile alimentati a idrogeno.
Qiao, M. Produzione pilota di acido formico da anidride carbonica idrogenata. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2