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La scoperta sulle reazioni catalitiche a livello atomico per risparmiare energia

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Gli ingegneri chimici dell’Università del Wisconsin-Madison hanno sviluppato un modello di funzionamento delle reazioni catalitiche su scala atomica. Questo sistema potrebbe consentire di avere catalizzatori più efficienti e, allo stesso tempo, risparmiare energia.

L’importanza della ricerca per la chimica computazionale 

La ricerca degli ingegneri chimici dell’Università del Wisconsin-Madison deve essere considerata un grande progresso non soltanto per il settore della chimica computazionale, ma anche per quello industriale. 

I materiali catalitici, o catalizzatori, sono infatti fondamentali per vari motivi: per accelerare le reazioni chimiche senza subire cambiamenti, per la produzione di tanti prodotti come quelli farmaceutici, per gli additivi alimentari, per i fertilizzanti, per i carburanti verdi e per tanto altro. 

Questa scoperta non solo è importante, ma è anche esclusiva, perché fino ad oggi non era stato mai compreso quali fossero nello specifico le singole operazioni, a livello atomico, delle reazioni catalitiche. Lo studio degli ingegneri ha finalmente fornito delle risposte a queste domande.

Cosa hanno fatto i ricercatori e cosa è emerso

I ricercatori hanno esaminato le interazioni che ci sono, a livello industriale, tra otto catalizzatori di metalli di transizione, come il platino, il rame o il nichel, e 18 reagenti, identificando i livelli di energia e le temperature che possono formare questi piccoli cluster metallici, nonché il numero di atomi presente in ognuno di essi. 

Esaminando le reazioni che coinvolgono i catalizzatori di questi metalli è stato ipotizzato che, gli atomi presenti, abbiano delle forti connessioni tra di loro, e che tali legami rimangano intatti durante la catalisi. 

Dalla ricerca è anche emerso che sono solo tre le reazioni catalitiche che utilizzano quasi il 10% dell’energia mondiale: il reforming del metano a vapore per produrre idrogeno, la sintesi dell’ammoniaca per produrre fertilizzanti e la sintesi del metanolo. 

I benefici della ricerca 

Manos Mavrikakis, professore di ingegneria chimica e biologica che ha guidato lo studio, ha spiegato che, se si riducono di pochi gradi le temperature alle quali si ottengono queste reazioni, si ha come risultato una grande riduzione della domanda di elettricità. Questo comporta anche un calo del fabbisogno energetico indispensabile per far funzionare tutti questi processi e, di conseguenza, una riduzione dell’inquinamento.

Il successo di questa ricerca può rivoluzionare tutti i processi chimici, perché è possibile in questo modo calcolare con precisione l’energia da utilizzare e ottimizzarne l’uso.

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