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Nuovo catalizzatore per sfruttare al meglio il gas naturale

Un gruppo di ricercatori dell’ETH di Zurigo, guidati da Javier Pérez-Ramírez, professore di Ingegneria della catalisi, ha messo a punto un nuovo catalizzatore che rende possibile la trasformazione dei componenti del gas naturale in precursori di combustibili o di prodotti chimici complessi, come polimeri o farmaci. Grazie alla estrema stabilità del catalizzatore, le reazioni presentano un minor numero di prodotti-indesiderati. La scoperta è stata pubblicata a maggio su Nature Chemistry.

Il gas naturale è una materia prima molto usata nella ricerca chimica per la produzione di prodotti chimici ed è composta principalmente dal metano (CH4). Sostituendo uno degli atomi di idrogeno di questo gas con un atomo di bromo si forma il bromuro di metile (CH3Br) che può essere utilizzato come materiale di base nell’industria chimica per la produzione di combustibili e per una gamma di prodotti chimici come i polimeri e i farmaci.

Riciclo completo del bromo

Quando il bromuro di metile viene utilizzato nella produzione di combustibili e prodotti chimici, il bromo viene rilasciato sotto forma di acido bromidrico (HBr). Se la reazione avviene in presenza di ossigeno, il bromo proveniente dal bromuro di idrogeno può essere nuovamente incorporato nel bromuro di metile. In questo modo non c’è perdita di bromo.

La bromurazione ossidativa del metano può già oggi essere effettuata grazie ai catalizzatori. Tuttavia, essi generalmente generano grandi quantità di prodotti indesiderati. Attraverso un processo di selezione multi-step, gli specialisti della catalisi dell’ETH hanno studiato un gran numero di diversi materiali catalitici per migliorare la selettività della reazione e il fosfato di vanadio si è rivelato il più adatto.

Più efficiente che via syngas

Il fosfato di vanadio è un catalizzatore ossidante relativamente debole e questo è esattamente ciò che i chimici cercano per la bromurazione ossidativa del metano. Da un lato, il catalizzatore è sufficientemente forte da consentire all’acido bromidrico di reagire con l’ossigeno sulla superficie del catalizzatore. D’altra, l’azione catalitica del fosfato di vanadio è troppo debole per ossidare il metano indesiderato e i prodotti di reazione bromurati.

Questo metodo propone una via di sintesi interessante per l’industria perché permette di bromurare il metano in un unico passaggio a pressione atmosferica e a temperature inferiori a 500 °C. Attualmente, il metano viene convertito industrialmente in sostanze chimiche di qualità più elevata usando come intermedio il syngas. Questo metodo però è ad alto consumo di energia perché richiede pressioni elevate (fino a 30 bar) e temperature elevate (fino a 1.000 gradi).

Lunga durata del catalizzatore

Il nuovo catalizzatore è eccezionalmente stabile e la sua applicazione in ambito industriale è vantaggiosa perché resiste nell’ambiente corrosivo della reazione. Il bromo infatti è un alogeno e come gli altri elementi dello stesso gruppo, reagisce molto facilmente con il metano (un vantaggio in questo caso) ma attacca anche il catalizzatore.

Il motivo per cui i ricercatori chimici cercano di fare un maggior uso del gas naturale come materia prima per la sintesi è, in primo luogo, perché è presente in grandi quantità. Oggi i prodotti chimici derivano principalmente dal petrolio la cui disponibilità però si sta riducendo notevolmente e i chimici dell’ETH vedono nel gas naturale una valida alternativa.

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