La nuova tecnologia potrebbe fornire risultati più economici, meno

Nonostante gli sforzi volti a orientarsi verso fonti energetiche rinnovabili, il petrolio rimane la spina dorsale della società moderna. Fornisce combustibili per il riscaldamento e i trasporti e prodotti chimici per qualsiasi cosa, dalla plastica ai prodotti farmaceutici. Ma tutti questi usi richiedono la separazione del petrolio greggio nelle sue varie componenti. Questo processo di separazione, che tradizionalmente si basa sul calore, richiede un’enorme quantità di energia e rappresenta circa l’1% delle emissioni globali di gas serra ogni anno.

Ora, i chimici affermano che un materiale di nuova concezione potrebbe un giorno contribuire ad alleggerire questa significativa, anche se in gran parte invisibile, impronta di carbonio, che consuma circa 230 gigawatt all’anno, equivalenti al consumo energetico totale del Nevada. I ricercatori riferiscono questa settimana che una nuova membrana potrebbe, se ampliata, ridurre di oltre la metà l’energia necessaria per separare il petrolio greggio. Tali membrane non solo renderebbero l’uso del petrolio greggio più ecologico, ma anche più economico da produrre per le raffinerie, poiché farebbero risparmiare miliardi di dollari all’anno in costi energetici.

"I risparmi potenziali sono piuttosto impressionanti", afferma Ryan Lively, un ingegnere chimico del Georgia Institute of Technology che non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. Le nuove membrane, aggiunge, devono comunque dimostrare di essere durevoli per mesi se non anni alla volta. Lui e altri avvertono anche che le raffinerie di petrolio convenzionali potrebbero essere lente nell’adottarli, perché le aziende hanno già investito i costi nell’installazione di sistemi di separazione convenzionali. Tuttavia, afferma Lively, le nuove membrane potrebbero essere rapidamente adottate nelle nuove raffinerie costruite per separare le miscele di idrocarburi create da biocarburanti o combustibili sintetici realizzati utilizzando elettricità rinnovabile. "È un territorio davvero maturo", afferma Lively.

Il petrolio greggio è una miscela di decine di migliaia di sostanze chimiche. Il primo passo nella raffinazione del petrolio è la separazione della miscela attraverso un processo di distillazione. Il petrolio greggio viene riscaldato fino a circa 500°C. I componenti più leggeri, come quelli che compongono la benzina, vaporizzano a temperature più basse e vengono catturati. I componenti più pesanti, come l'olio per il riscaldamento domestico, vaporizzano a temperature più elevate.

Due anni fa, i ricercatori guidati da Lively e Andrew Livingston, un ingegnere chimico della Queen Mary University di Londra, hanno riferito su Science che era possibile separare questi componenti utilizzando membrane anziché distillazione. Hanno creato membrane con pori incorporati che consentono il passaggio degli idrocarburi piccoli e leggeri e tengono fuori quelli più grandi e pesanti. Ma gli idrocarburi leggeri passavano attraverso le membrane troppo lentamente per renderle pratiche per l’uso nel mondo reale.

Per aggirare questo problema, Livingston e i suoi colleghi si sono rivolti a un approccio industriale per la produzione di membrane ultrasottili per la desalinizzazione dell’acqua chiamato polimerizzazione interfacciale. Speravano che membrane più sottili avrebbero consentito agli idrocarburi desiderati di passare più rapidamente. Tuttavia, osserva Livingston, mentre le membrane tipicamente utilizzate per la desalinizzazione sono robuste in un ambiente a base acquosa, si sfaldano rapidamente se sottoposte a idrocarburi che includono solventi industriali.

Quindi, lui e i suoi colleghi hanno riformato i polimeri che compongono le membrane convenzionali. Innanzitutto, hanno prodotto singoli polimeri, collegando una porzione idrofobica, o simile all’olio, a un filamento idrofilo, o simile all’acqua. Quando hanno aggiunto queste molecole in una miscela di olio e acqua, si sono assemblate spontaneamente in minuscole bolle, o vescicole, con la porzione idrofobica rivolta verso l’interno. Hanno poi utilizzato la tecnica della polimerizzazione interfacciale per diffondere queste vescicole in un foglio ultrasottile continuo e collegare insieme tutte le unità polimeriche per formare una membrana robusta.

L'approccio ha funzionato. I nuclei idrofobici delle vescicole consentivano agli idrocarburi selezionati (in base alle dimensioni e ad altre caratteristiche) di passare facilmente, circa 10 volte più velocemente rispetto alle precedenti membrane per la separazione dell'olio, hanno riferito Livingston e i suoi colleghi ieri su Science. I ricercatori hanno anche dimostrato che, adattando la composizione chimica dei polimeri, potrebbero creare diverse membrane che passano selettivamente attraverso idrocarburi di diverse dimensioni.