È stato sviluppato un nuovo processo rispettoso dell’ambiente per la produzione di ossido di propilene (PO), un ingrediente fondamentale in oggetti di uso quotidiano come divani, materassi e bottiglie d’acqua. Ciò che distingue questa innovazione è la sua capacità di funzionare senza fonti di energia esterne come elettricità o luce solare.
Il problema della produzione tradizionale di OP
L’ossido di propilene viene prodotto attraverso l’ossidazione del propilene. Storicamente, questo processo si basava sul perossido di idrogeno (H₂O₂), generalmente ricavato dal processo dell’antrachinone. Questo metodo è problematico perché dipende fortemente dai combustibili fossili e genera notevoli emissioni di anidride carbonica (CO₂), contribuendo al cambiamento climatico.
Una svolta: generazione interna di H₂O₂
I ricercatori guidati dai professori Ja Hun Kwak e Ji-Wook Jang dell’UNIST, insieme al professor Sung June Cho della Chonnam National University, hanno creato un sistema autogestito in grado di produrre PO utilizzando perossido di idrogeno generato internamente. Ecco come funziona:
- Creazione autonoma di H₂O₂: Il sistema genera H₂O₂ attraverso una reazione elettrochimica che coinvolge ossigeno e formaldeide. Questa reazione è guidata da un potenziale chimico – la differenza di energia tra i reagenti e i prodotti – che consente al sistema di funzionare spontaneamente, senza alimentazione esterna.
- Sintesi integrata di PO: L’H₂O₂ generato reagisce quindi con il propilene all’interno del sistema, sintetizzando direttamente l’ossido di propilene.
- Innovazione del catalizzatore: Il team ha migliorato significativamente la struttura del catalizzatore, superando una limitazione dei catalizzatori zeolitici convenzionali (TS-1) che diventano meno efficaci in ambienti alcalini. Questo progresso aumenta l’efficienza dell’ossidazione del propilene e aumenta le rese di PO.
Prestazioni e vantaggi economici
Il nuovo sistema dimostra prestazioni impressionanti:
- Produttività elevata: nell’arco di 24 ore, il sistema ha prodotto 1.657 micromoli (μmol) di PO per centimetro quadrato (cm²), circa otto volte superiore rispetto ai precedenti metodi di produzione ecologici basati su H₂O₂.
- Co-prodotto di energia pulita: il processo può anche produrre contemporaneamente idrogeno (H₂), una fonte di energia pulita e preziosa.
- Costi ridotti: L’analisi economica suggerisce che questo nuovo sistema può ridurre i costi di produzione dell’OP di circa l’8%, portando il prezzo a circa 2,168 dollari al chilogrammo: un vantaggio competitivo rispetto ai metodi tradizionali.
Produzione decentralizzata e accessibile
Oltre al risparmio sui costi, il sistema offre notevoli vantaggi operativi:
- Design semplificato: Elimina la necessità di complesse fasi di pretrattamento e di apparecchiature ad alta temperatura e alta pressione ad alto consumo energetico.
- Generazione in loco: La produzione di H₂O₂ in loco riduce al minimo i costi di trasporto e stoccaggio e le sfide logistiche.
- Scalabilità e flessibilità: il design modulare consente una facile installazione in varie ubicazioni, facilitando la produzione personalizzata su piccola scala e promuovendo il passaggio dalla produzione centralizzata a sistemi più distribuiti.
“Questo processo modulare può essere facilmente installato in vari siti, consentendo una produzione personalizzata su piccola scala e promuovendo il passaggio dalla produzione centralizzata su larga scala a sistemi decentralizzati e distribuiti”, afferma il professor Jang.
“Questo lavoro rappresenta un significativo passo avanti nel superare i limiti di lunga data dei catalizzatori zeolitici, aprendo la strada a un’industria chimica molto più sostenibile e rispettosa dell’ambiente”, aggiunge il professor Kwak.
Questa innovazione rappresenta un passo significativo verso un’industria chimica più sostenibile, rivoluzionando potenzialmente il modo in cui vengono prodotti gli ingredienti essenziali della plastica rendendo il processo più efficiente, conveniente e rispettoso dell’ambiente. Evidenzia il potenziale di sfruttare il potenziale chimico per promuovere processi industriali sostenibili.
