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Stimolare la conversione della biomassa in biocarburanti

Grappoli di molecole d’acqua all’interno delle cavità della zeolite aiutano a catalizzare la conversione della biomassa in biocarburanti. Credito: Andreas Jentys / TUM

Le zeoliti sono materiali altamente porosi: dieci grammi possono contenere un interno delle dimensioni di un campo da calcio. Le loro cavità li rendono utili per catalizzare reazioni chimiche e quindi fornire energia. Un team di ricerca internazionale ha ora raggiunto nuove scoperte sul ruolo delle molecole d’acqua in questi processi. Un’applicazione importante è la conversione della biomassa in biocarburanti.


I combustibili da biomassa sono climaticamente neutri energia Deve ancora essere prodotto: Desiderato interazione chimica Richiedono alti livelli di temperatura e pressione.

afferma Johannes Lercher, professore di tecnologia chimica presso l’Università tecnica di Monaco (TUM) e direttore dell’Istituto per la catalisi integrata presso il Pacific Northwest National Laboratory a Richland, Washington (USA).

Lavorando con un team di ricerca internazionale, Lercher ha esaminato più da vicino il ruolo dell’acqua molecole Nelle reazioni all’interno zeoliteI suoi pori sono di dimensioni inferiori a un nanometro.

Tutto inizia con gli acidi

Una caratteristica di Acido è che dona protoni facilmente. Pertanto, quando aggiunto all’acqua, l’acido cloridrico si divide in anioni cloruro con carica negativa, come quelli che si trovano nei cristalli di sale da tavola, e protoni con carica positiva che si attaccano alle molecole d’acqua. Ciò si traduce in uno ione idronio caricato positivamente, che sembra passare questo protone, ad esempio a una molecola organica.

Quando una molecola organica è “costretta” ad accettare un protone, cerca di stabilizzarsi. Pertanto, l’alcol può produrre una molecola con un doppio legame, una tipica fase di reazione nel percorso dalla biomassa ai biocarburanti. Le pareti di zeolite stabilizzano gli stati di transizione che si verificano durante la conversione e quindi aiutano a ridurre la quantità di energia necessaria affinché si verifichi la reazione.

Stimolare la conversione della biomassa in biocarburanti

Il professor Lercher nel suo laboratorio presso il Dipartimento di Chimica dell’Università tecnica di Monaco di Baviera. Credito: Andreas Heddergott / TUM

Le zeoliti agiscono come acidi

Le zeoliti contengono atomi di ossigeno nella loro struttura cristallina, che in realtà contengono un protone. Come gli acidi molecolari, formano ioni idronio attraverso reazioni con l’acqua.

Tuttavia, mentre gli ioni idronio si disperdono in acqua, rimangono strettamente correlati alla zeolite. Il pretrattamento chimico può modificare il numero di questi centri attivi e, di conseguenza, creare una certa densità di ioni idronio nei pori della zeolite.

La zeolite perfetta per ogni reazione

Variando sistematicamente la dimensione delle cavità, la densità del sito attivo e la quantità di acqua, il team di ricerca è stato in grado di chiarire le dimensioni dei pori e le concentrazioni di acqua Miglior esempio di interazioni selezionate.

“In generale, è possibile aumentare la velocità di reazione rendendo i pori più piccoli e sollevando densità di caricaJohannes Lercher spiega: “Tuttavia, questo aumento ha i suoi limiti: quando le cose diventano troppo affollate e le cariche sono troppo vicine l’una all’altra, la velocità di reazione diminuisce di nuovo. Ciò rende possibile trovare le condizioni ottimali per ogni reazione”.

“Le zeoliti sono generalmente adatte come nanoreattori per tutti Sostanze chimiche Reazioni in cui i partner di reazione si inseriscono nei pori e in cui l’acido viene utilizzato come catalizzatore”, sottolinea Lercher. Siamo all’inizio di un’evoluzione con il potenziale per aumentare la reattività delle molecole anche a basse temperature, per risparmiare grandi quantità di energia nella produzione di combustibili o prodotti chimici”.


I catalizzatori di zeolite aprono la strada a processi chimici decentralizzati


maggiori informazioni:
Niklas Pfriem et al, Il ruolo dell’ambiente ionico nel migliorare l’attività di interazione delle molecole nei pori della zeolite, Scienza (2021). DOI: 10.1126 / science.abh3418

la citazione: Catalyzing the Conversion of Biomass to Biofuel (2021, 1 luglio) Estratto il 1 luglio 2021 da https://phys.org/news/2021-07-catalyzing-conversion-biomass-biofuel.html

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