Un ingrediente chiave nella produzione di pneumatici per auto e suole per scarpe potrebbe essere prodotto in modo sostenibile, grazie alla nuova analisi di un vecchio processo catalitico. Il butadiene, un componente essenziale della gomma sintetica, viene attualmente prodotto dall’industria petrolchimica da riserve fossili.
Ma potrebbe essere prodotto efficientemente in una reazione a una sola fase da etanolo rinnovabile utilizzando una versione modernizzata di un vecchio catalizzatore insolito. “Il butadiene viene attualmente prodotto come sottoprodotto dell’industria petrolchimica, il che può portare a carenze nella sua offerta”, spiega Sang-Ho Chung, ricercatore nei laboratori di Javier Ruiz-Martinez che ha condotto il lavoro insieme a lui. “Inoltre, queste vie non sono chiaramente sostenibili”, aggiunge.
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Queste sfide nella produzione di butadiene hanno suscitato un rinnovato interesse per il processo Lebedev, sviluppato per la prima volta negli anni ’30, che converte l’etanolo in butadiene in un singolo reattore catalitico. “Il butadiene sostenibile potrebbe essere prodotto utilizzando bioetanolo nel processo Lebedev o persino etanolo ottenuto tramite processi di CO all’etanolo all’avanguardia”, afferma Chung.
Il processo Lebedev è guidato da catalizzatori di silice-magnesia che vengono prodotti mediante un metodo insolito chiamato impasto umido. Il metodo prevede la combinazione di precursori di catalizzatore solidi in acqua sotto mescolamento continuo.
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“Tutto sommato, l’impasto umido non è comune nella preparazione di catalizzatori, ma è spesso applicato per preparare catalizzatori di silicamagnesia ad alte prestazioni per il processo Lebedev”, dice Ruiz-Martinez.
Tuttavia, i catalizzatori umidi impastati migliorati sono stati principalmente scoperti per tentativi ed errori. Perché alcuni catalizzatori superano gli altri non è completamente compreso, e “la comprensione di come si formano questi materiali è il primo passo per preparare catalizzatori migliori”, afferma Ruiz-Martinez.
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Chung, Ruiz-Martinez e i loro colleghi di KAUST hanno utilizzato lo spettroscopio di risonanza magnetica nucleare allo stato solido per studiare la formazione di catalizzatore di silicamagnesia in condizioni reali di impasto umido. “Abbiamo scoperto che vengono formati due diversi particolati di catalizzatore, sulla base della deposizione incrociata di specie di silicio sulla magnesia e di specie di magnesio sulla silice”, dice Chung. I risultati sono stati pubblicati nella rivista Nature Catalysis.
In modo cruciale, hanno dimostrato che i silicati di magnesio sulle particelle di silice tendono a produrre etilene come sottoprodotto indesiderato. “Con questa comprensione, potremmo sintetizzare solo le particelle di catalizzatore che sono attive per la produzione di butadiene e evitare le particelle che producono etilene”, dice Chung.
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Il team ha anche dimostrato che i migliori catalizzatori hanno determinati siti attivi molto vicini tra loro. “Questo ci ha aiutato a lavorare sulla prossima generazione di catalizzatori per questo processo”, dice Ruiz-Martinez. “Facciamo buoni progressi e abbiamo già una versione ancora più selettiva, che potrebbe essere un passo chiave per commercializzare il processo”.
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