Dimostrare la rilevanza industriale dei materiali ibridi nanoporosi
Negli ultimi due decenni, i ricercatori hanno scoperto diverse nuove classi di materiali nanoporosi (NPM), tra cui alluminosilicati e strutture metallo-organiche (MOF). Generalmente, i materiali nanoporosi possono essere definiti come polveri a elevata area superficiale con pori su scala nanometrica. Le MOF sono una famiglia di composti porosi costituiti da ioni metallici o cluster coordinati con ligandi organici per formare strutture porose a una, due o tre dimensioni. Nonostante le notevoli potenzialità offerte da questa nuova classe di materiali, essi non si sono ancora fatti strada nei processi e nelle applicazioni industriali. Questo perché i materiali necessari per crearli sono attualmente considerati troppo costosi e non in una forma che giustifichi il loro utilizzo industriale. Grazie in parte al progetto ProDIA (Production, control and Demonstration of structured hybrid nanoporous materials for Industrial adsorption Applications) finanziato dall’UE, questo sta per cambiare. Il progetto ha dimostrato la fattibilità di processi di produzione industriale di grandi volumi per materiali ibridi nanoporosi come prodotti finiti. «In ProDIA, abbiamo sviluppato processi per la produzione di polveri nanoporose, inclusi MOF e alluminosilicati, utilizzando solventi sostenibili come l’acqua o processi pressoché privi di solventi», afferma Richard Blom, coordinatore del progetto ProDIA. «Abbiamo anche dimostrato la modellatura di tali materiali sulla stessa scala». Dimostrare la produzione sostenibile degli NPM I partner del consorzio del progetto hanno condotto quattro dimostrazioni su scala pilota: gas naturale adsorbito a bordo (ANG), rimozione di prodotti chimici tossici dell’industria (TIC), applicazioni di pompe di calore ad adsorbimento (AHP) e agenti antimicrobici da utilizzare nell’assistenza sanitaria. Queste prove pilota hanno dimostrato che passando da materiali di adsorbimento all’avanguardia (tipicamente basati su silice e carbone attivo) ai nuovi NPM, l’industria può ottenere miglioramenti significativi in termini di energia e dimensioni del sistema rispetto alle tecnologie esistenti. Da questo lavoro, i ricercatori di ProDIA sono riusciti a dimostrare che la produzione sostenibile di NPM è possibile su una scala >10 kg. Hanno anche prodotto corpi sagomati degli NPM selezionati con una riduzione trascurabile delle prestazioni rispetto alle polveri dei precursori. Secondo Blom, il progetto ha dimostrato che è possibile modellare le MOF per applicazioni specifiche e che le MOF sagomate (almeno per applicazioni selezionate basate sull’adsorbimento) registrano prestazioni notevolmente migliori rispetto agli adsorbenti utilizzati oggi in commercio. «Uno dei messaggi principali che proviene da questo progetto è che gli adsorbenti basati su MOF non devono necessariamente essere costosi», afferma. «Un altro punto chiave è che modellare le MOF è possibile, ma bisogna prendere in considerazione la natura fragile di questi materiali, che limita l’uso di pressioni e temperature elevate durante il processo di modellatura». Il coraggio di fare il grande salto I risultati del progetto hanno già ricevuto l’attenzione di diversi settori. Molte delle PMI e delle grandi imprese coinvolte nel progetto adotteranno i processi ProDIA per sviluppare ulteriormente le loro attività. Inoltre, i partner del progetto orientati alla ricerca continuano a sviluppare questi processi in nuovi progetti di ricerca e potenziali imprese spin-off. «Spero davvero che gli sviluppatori di tecnologie basate sull’adsorbimento e i produttori di materiali oseranno presto fare il salto nel mondo delle MOF, ottimizzando la loro strumentazione per questa nuova famiglia di adsorbenti», aggiunge Blom. «Considerando le possibilità offerte dall’enorme diversità chimica delle MOF, sono sicuro che questo passaggio pagherà nel lungo periodo».
Parole chiave
ProDIA, materiali nanoporosi (NPM), alluminosilicati, strutture metallo-organiche (MOF), nanotecnologie
