Una “autostrada molecolare” potenziata potrebbe rivoluzionare i processi industriali
Una nuova tecnologia a membrana in grado di garantire una separazione delle molecole più rapida e precisa potrebbe migliorare l'efficienza e la sostenibilità dei processi industriali ad alto consumo energetico
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I ricercatori di ingegneria chimica dell’Università del Queensland hanno sviluppato una tecnologia che consente alle molecole di muoversi in modo efficiente attraverso le membrane senza compromettere le prestazioni di separazione.
Il professor Xiwang Zhang, ingegnere chimico e direttore del Dow Centre for Sustainable Engineering Innovation dell’Università del Queensland e dell’ARC Centre of Excellence for Green Electrochemical Transformation of Carbon Dioxide, ha affermato che questa scoperta rappresenta una svolta nella risoluzione di una sfida di lunga data nel campo della tecnologia a membrana.
"Consentire alle molecole di muoversi più velocemente, mantenendo al contempo un'eccezionale precisione di separazione, riduce potenzialmente il consumo energetico in questi processi industriali", ha affermato.
«Le industrie hanno bisogno di membrane in grado di trattare rapidamente grandi volumi di materiali, consentendo al contempo il passaggio solo delle molecole desiderate.
«Ma più velocemente le molecole attraversano una membrana, più difficile diventa separarle con precisione.
“Superare questo compromesso è stata una delle sfide più grandi nella scienza delle membrane.”
Per affrontare il problema, i ricercatori hanno esaminato l’interno della membrana stessa, concentrandosi su minuscoli canali larghi meno di un nanometro, circa 100.000 volte più sottili di un capello umano.
«Questi canali sono come “autostrade molecolari” e costituiscono una componente cruciale della tecnologia delle membrane, ma spesso presentano barriere di attrito e adesione», ha affermato il professor Zhang.
«È molto difficile riprogettare questa autostrada, quindi ci siamo posti una semplice domanda: invece di limitarci a modificare le dimensioni o la composizione chimica di queste autostrade, potremmo renderle dinamiche per aiutare le molecole a muoversi più velocemente?
«L’introduzione di ioni ammonio autorotanti nei nanocanali potrebbe migliorare notevolmente il trasporto molecolare.
«La naturale mobilità delle particelle di ammonio ha contribuito a trasformare un canale un tempo rigido e statico in un ambiente di trasporto dinamico, favorendo un migliore trasferimento di energia e un movimento efficiente.
«Le molecole autorotanti sono come un tornello che ci aiuta a regolare con precisione il traffico molecolare, mantenendo al contempo le molecole in rapido movimento.
“In sostanza, abbiamo potenziato le autostrade in modo da ottenere il meglio di entrambi i mondi: velocità e selettività.”
Negli esperimenti di separazione tra etanolo e acqua, i ricercatori hanno dimostrato con successo un miglioramento di dieci volte nella precisione di separazione rispetto a una membrana di filtrazione standard.
«La nostra nuova membrana ha aumentato il trasporto di acqua di circa il 44 per cento e ridotto quello di etanolo del 90 per cento», ha affermato il professor Zhang.
Il professor Zhang ha aggiunto che il prossimo passo sarà quello di tradurre questa tecnologia in applicazioni pratiche, tra cui separazioni industriali ad alta efficienza energetica, recupero delle risorse, utilizzo della CO₂ e protezione dell’ambiente.
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