Procedimento per la conversione della anidride carbonica in composti chimici ad alto valore aggiunto mediante un processo meccanochimico in condizioni di flusso di gas in modalità continua

Titolarità: Università degli Studi di Sassari

Inventori: MULAS Gabriele; CAPPAI Luca; FARINA Valeria; TARAS Alessandro; ENZO Stefano; GARRONI Sebastiano

Dipartimento: Scienze chimiche, fisiche, matematiche e naturali

Area: Chimiche dei materiali

Estenzioni: WI PO/ PCT pubblicato 29/9/2022, International Publication Number WO 2022/200941 A1.In relazione all’estensione come PCT, in seguito al rapporto di ricerca internazionale positivo è stata avviata la procedura di nazionalizzazione in EU, US, Brasile

Data di Deposito: 24/03/2021

Data di Concessione: 18/04/2023 N° Brevetto 102021000007091 Classifica C07C

Introduzione

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per convertire il biossido di carbonio (CO2) in composti chimici ad alto valore aggiunto in condizioni di flusso di gas e con modalità in continuo. In particolare, detto procedimento converte la CO2 in una miscela di composti chimici ad alto valore aggiunto comprendente idrocarburi a basso peso molecolare, principalmente metano, etilene ed etano, insieme a prodotti solidi di carbonatazione minerale, principalmente carbonati di Mg e di Fe. La suddetta conversione della CO2 viene realizzata mediante un processo di tipo meccanochimico.

Caratteristiche Tecniche

La messa a punto di processi chimici e tecnologie per l’immagazzinamento della CO2 e la sua conversione in prodotti ad alto valore aggiunto, costituisce una tra le sfide scientifiche ed industriali di maggior interesse nella presente fase storica in considerazione degli aspetti ambientali ed economici ad essa correlati. L’enorme letteratura scientifica al riguardo, il numero di progetti di ricerca ed innovazione, e la rilevanza dei relativi finanziamenti a livello globale, danno una indicazione, anche se generica del rilievo dei temi e degli sforzi da parte della comunità internazionale. Si è, tuttavia, ancora lontani dalla messa a punto di soluzioni applicabili su larga scala, che prevedano l’utilizzo di materiali “poveri” e possibilità di applicazione “direttamente “a valle di impianti industriali che prevedano processi di combustione di fossili e produzione di enormi quantità di CO2.

La presente invenzione si inserisce in questo ambito e propone, su una scala di laboratorio, un processo a carico di materiali naturali, l’Olivina, un silicato misto di Magnesio e Ferro, enormemente diffuso in natura, in ogni parte del globo, che, nel presente processo è in grado di trasformare la CO2 fissandola, in larga parte, nel Carbonato di Magnesio e Ferro corrispondente, ed in parte inducendo la riduzione della CO2 ad idrocarburi leggeri, metano ed etano principalmente, da ri-utilizzare quali combustibili. Caratteristica del processo è la sua attivazione mediante apporto di energia meccanica dall’esterno, ovvero energia cinetica in grado di indurre la frantumazione del solido attraverso le collisioni dello stesso materiale con dei corpi molitori in movimento. Tale tipo di trattamento, comune in diversi processi industriali energivori (si pensi ad esempio alle lavorazioni meccaniche negli stadi di comminuzione dei minerali nei cementifici), quando condotto in presenza di gas reattivi come la CO2, esalta la reattività ed accelera enormemente la cinetica dell’interazione tra solido e gas. Altro aspetto rilevante, l’energia cinetica necessaria ad indurre il processo su scala industriale, può essere fornita, in larga parte dall’energia termica e cinetica posseduta dalla miscela gassosa proveniente dal processo di combustione dei materiali fossili: si pensi alla miscela che viene espulsa dai camini delle centrali di produzione di energia mediante combustione di metano o di carbone.

Da ciò emerge l’importanza dello studio e della domanda di brevetto del processo indotto mediante attivazione meccanica e condotto in condizioni di flusso di gas ed a pressione atmosferica. Il brevetto ha preso in considerazione una serie di condizioni sperimentali, con particolare riferimento all’efficienza ed alla velocità del processo di conversione della CO2 ed alla resa del processo.

Possibili Applicazioni

Il procedimento della presente invenzione consente di convertire, in condizioni di flusso di gas e con modalità in continuo, la CO2 in composti chimici ad alto valore aggiunto comprendente idrocarburi a basso peso molecolare, principalmente metano, etilene ed etano, e prodotti di carbonatazione minerale, principalmente carbonati di Mg e di Fe. La suddetta conversione della CO2 è realizzata mediante un processo meccanochimico ed è vantaggiosamente applicabile a tutte le attività che emettono nell’atmosfera fumi di scarico comprendenti, tra le altre possibili sostanze allo stato gassoso, quantità significative di CO2.

Le possibili applicazioni di tale invenzione riguardano pertanto tutti i processi chimici che producono CO2 che non viene sfruttata direttamente per scopi ulteriori, ma che viene immessa in atmosfera. Quindi le possibili applicazioni includono (pur non limitandosi a): scarichi di impianti industriali che utilizzano processi di combustione di materiali a base di C (centrali di produzione di energia, impianti siderurgici, cementifici, impianti energivori finalizzati ad altra produzione, etc), scarichi di sistemi di trasporto che fanno uso di combustibili a base di C (benzina, gasolio, gpl, metano), scarichi di impianti di riscaldamento alimentati con combustibili fossili, qualunque tipo di camino alimentato a C o a combustibile organico, etc.

Certamente lo sviluppo e la realizzazione di dispositivi basati sullo sfruttamento della presente invenzione per le applicazioni citate richiederanno studi, tempi ed accorgimenti specifici, differenti tra loro, e sarà anche possibile realizzare ulteriori, più definite, azioni di protezione della proprietà intellettuale.

Vantaggi

Il processo è caratterizzato dall’assenza di solventi, dalla metodologia di attivazione del processo (l’utilizzo di energia meccanica fornita dai corpi molitori ai reagenti che vengono intrappolati durante le collisioni sfera-sfera o sfera-giara), da valori molto elevati di resa del processo di trasformazione della CO2, e da cinetiche di reazione molto veloci, oltre che dalle condizioni di processo (quali ad esempio, Temperatura e Pressione) piuttosto blande e paragonabili a quelle sopra descritte, presenti nei fumi che fuoriescono dai camini post- combustione di un processo di lavorazione industriale o di combustione di materiali organici (ad esempio, combustione di legna, carbone, petrolio, benzina, diesel, gas e/o biomasse).

Tali caratteristiche conferiscono proprietà di sostenibilità ambientale al processo oggetto dell’invenzione e potenzialmente un elevato interesse per lo sfruttamento commerciale di detto processo.