Il ciclo chimico converte i rifiuti in combustibile
Uno studio dimostra che un sistema a basse emissioni di carbonio aumenta l'efficienza chimica
Secondo una nuova ricerca, la conversione dei rifiuti ambientali in utili risorse chimiche potrebbe risolvere molti degli inevitabili problemi derivanti dalle crescenti quantità di plastica, carta e rifiuti alimentari scartati.
In un importante passo avanti, i ricercatori della Ohio State University hanno sviluppato una tecnologia in grado di convertire materiali come la plastica e i rifiuti agricoli in syngas, una sostanza spesso utilizzata per produrre prodotti chimici e carburanti come la formaldeide e il metanolo.
Utilizzando simulazioni per testare la capacità del sistema di scomporre i rifiuti, gli scienziati hanno scoperto che il loro approccio, chiamato ciclo chimico, può produrre syngas di alta qualità in modo più efficiente rispetto ad altri processi chimici simili. Nel complesso, questo processo raffinato consente di risparmiare energia ed è più sicuro per l'ambiente, ha dichiarato Ishani Karki Kudva, autore principale dello studio e dottorando in ingegneria chimica e biomolecolare presso la Ohio State University.
"Utilizziamo il syngas per ottenere importanti sostanze chimiche di cui abbiamo bisogno nella nostra vita quotidiana", ha detto Kudva. Migliorare la sua purezza significa poterlo utilizzare in diversi modi".
La maggior parte dei processi commerciali oggi produce un gas di sintesi con una purezza dell'80-85%. Tuttavia, il team di Kudva ha raggiunto un livello di purezza di circa il 90% in un processo che richiede solo pochi minuti.
Lo studio si basa su decenni di ricerche condotte presso la Ohio State University sotto la direzione di Liang-Shih Fan, illustre professore universitario di ingegneria chimica e biomolecolare, che ha fornito la consulenza per lo studio. In queste ricerche precedenti, la tecnologia del ciclo chimico è stata utilizzata per convertire combustibili fossili, gas di scarico e carbone in idrogeno, syngas e altri prodotti utili.
Nel nuovo studio, il sistema è costituito da due reattori: un riduttore a letto fluido, in cui i rifiuti vengono scomposti in ossidi metallici utilizzando l'ossigeno, e un bruciatore a letto fluido, che reintegra l'ossigeno perso per rigenerare il materiale. Lo studio ha dimostrato che i reattori che utilizzano questo sistema waste-to-fuel possono essere fino al 45% più efficienti e produrre circa il 10% di syngas più pulito rispetto ad altri metodi.
Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Energy and Fuels.
Secondo un rapporto dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente, nel 2018 negli Stati Uniti sono stati generati 35,7 milioni di tonnellate di plastica, di cui circa il 12,2% è costituito da rifiuti solidi urbani, come contenitori di plastica, sacchetti, elettrodomestici, mobili, residui agricoli, carta e alimenti.
Poiché la plastica è resistente alla decomposizione, purtroppo può rimanere in natura per molto tempo ed è difficile da degradare e riciclare completamente. La gestione convenzionale dei rifiuti, come lo smaltimento in discarica e l'incenerimento, comporta inoltre rischi per l'ambiente.
I ricercatori presentano ora una soluzione alternativa per ridurre l'inquinamento. Per esempio, hanno misurato la quantità di anidride carbonica che il loro sistema emette rispetto ai metodi convenzionali e i risultati hanno dimostrato che potrebbe ridurre le emissioni di anidride carbonica fino al 45%.
Il loro progetto è solo uno dei tanti nel settore chimico guidato dall'urgente necessità di tecnologie più sostenibili, ha detto Shekhar Shinde, coautore dello studio e dottorando in ingegneria chimica e biomolecolare all'Ohio State.
Nel caso di questo studio, il loro lavoro potrebbe contribuire a ridurre drasticamente la dipendenza della società dai combustibili fossili.
"C'è stato un cambiamento drastico in termini di ciò che è stato fatto prima e di ciò che si sta cercando di fare ora in termini di decarbonizzazione della ricerca", ha detto.
Mentre le tecnologie precedenti potevano solo filtrare separatamente i rifiuti di biomassa e la plastica, la tecnologia del team ha anche il potenziale di processare più tipi di materiali contemporaneamente mescolando continuamente le condizioni necessarie per la conversione, ha detto lo studio.
Una volta che le simulazioni del team forniranno ulteriori dati, si spera di testare la commerciabilità del sistema conducendo esperimenti con altri componenti unici per un periodo di tempo più lungo.
"La nostra prossima priorità è estendere il processo ai rifiuti solidi urbani che riceviamo dai centri di riciclaggio", ha detto Kudva. "Il lavoro in laboratorio va ancora oltre per commercializzare questa tecnologia e decarbonizzare l'industria".
Gli altri coautori della Ohio State University sono Rushikesh K. Joshi, Tanay A. Jawdekar, Sudeshna Gun, Sonu Kumar, Ashin A Sunny, Darien Kulchytsky e Zhuo Cheng. Lo studio è stato sostenuto da Buckeye Precious Plastic.
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Pubblicazione originale
Ishani Karki Kudva, Shekhar G. Shinde, Rushikesh K. Joshi, Tanay A. Jawdekar, Sudeshna Gun, Sonu Kumar, Ashin A Sunny, Darien Kulchytsky, Zhuo Cheng, Liang-Shih Fan; "Low Carbon Formaldehyde Generation from Chemical Looping Gasification of Heterogeneous Solid Waste"; Energy & Fuels, Volume 38, 2024-10-14
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