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Gli ingegneri della Rice University stanno convertendo direttamente il monossido di carbonio in acido acetico (una sostanza chimica ampiamente utilizzata che conferisce all'aceto il suo sapore caratteristico) attraverso un reattore catalitico continuo, che può utilizzare in modo efficiente l'elettricità rinnovabile per produrre prodotti altamente purificati.
Il processo elettrochimico sviluppato nel laboratorio di ingegneri chimici e biomolecolari della Brown School of Engineering della Rice University ha risolto il problema dei precedenti tentativi di ridurre il monossido di carbonio (CO) ad acido acetico. Tali processi, infatti, richiedevano fasi aggiuntive per la purificazione del prodotto.
Il reattore ecocompatibile utilizza rame cubico nanometrico come catalizzatore principale e un elettrolita solido unico.
In 150 ore di funzionamento continuo in laboratorio, il contenuto di acido acetico nella soluzione acquosa prodotta da questa apparecchiatura ha raggiunto il 2%. La purezza del componente acido è pari al 98%, un valore di gran lunga superiore a quello del componente acido prodotto dai primi tentativi di convertire cataliticamente il monossido di carbonio in combustibile liquido.
L'acido acetico è utilizzato come conservante in ambito medico, insieme all'aceto e ad altri alimenti. Viene impiegato come solvente per inchiostri, vernici e rivestimenti; nella produzione di acetato di vinile, quest'ultimo è il precursore della comune colla bianca.
Il processo Rice si basa su un reattore presente nel laboratorio di Wang e produce acido formico a partire dall'anidride carbonica (CO2). Questa ricerca ha gettato le basi per Wang (recentemente nominato Packard Fellow), che ha ricevuto una sovvenzione di 2 milioni di dollari dalla National Science Foundation (NSF) per continuare a esplorare metodi per convertire i gas serra in combustibili liquidi.
Wang ha affermato: "Stiamo passando da una sostanza chimica a un atomo di carbonio, l'acido formico, a una sostanza chimica a due atomi di carbonio, il che rappresenta una sfida maggiore". "Tradizionalmente si produce acido acetico in elettroliti liquidi, ma le prestazioni rimangono scarse e i prodotti presentano il problema della separazione degli elettroliti".
Senftle ha aggiunto: "Naturalmente, l'acido acetico di solito non viene sintetizzato a partire da CO o CO2". "Il punto è proprio questo: assorbiamo il gas di scarto che vogliamo ridurre e lo trasformiamo in prodotti utili."
È stato effettuato un accurato accoppiamento tra il catalizzatore di rame e l'elettrolita solido, che è stato poi trasferito dal reattore di acido formico. Wang ha affermato: "A volte il rame produce sostanze chimiche attraverso due percorsi diversi". "Può ridurre il monossido di carbonio ad acido acetico e alcol. Abbiamo progettato un cubo con una faccia in grado di controllare l'accoppiamento carbonio-carbonio, e i bordi dell'accoppiamento carbonio-carbonio portano alla formazione di acido acetico anziché di altri prodotti."
Il modello computazionale di Senftle e del suo team ha contribuito a perfezionare la forma del cubo. Ha affermato: "Siamo in grado di mostrare il tipo di spigoli sul cubo, che sono fondamentalmente superfici più ondulate. Aiutano a rompere determinati legami CO, in modo che il prodotto possa essere manipolato in un modo o nell'altro". Un maggior numero di punti di ancoraggio sugli spigoli aiuta a rompere il legame giusto al momento giusto."
Senftler ha affermato che il progetto è un'ottima dimostrazione di come teoria ed esperimento debbano essere collegati. Ha dichiarato: "Dall'integrazione dei componenti nel reattore al meccanismo a livello atomico, questo è un buon esempio di ingegneria a più livelli". "Si inserisce perfettamente nel tema della nanotecnologia molecolare e mostra come possiamo estenderla a dispositivi reali".
Wang ha affermato che il prossimo passo nello sviluppo di un sistema scalabile consiste nel migliorare la stabilità del sistema e ridurre ulteriormente l'energia necessaria per il processo.
Gli studenti laureati della Rice University Zhu Peng, Liu Chunyan e Xia Chuan, mentre J. Evans Attwell-Welch, ricercatrice post-dottorato, è la persona principale responsabile dell'articolo.
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