Un nuovo catalizzatore può trasformare un sottoprodotto di gas puzzolente in una mucca da mungere

Oct 10, 2023

Di Rice University3 dicembre 2022

Un altro vantaggio è che la luce è l’unica fonte di energia utilizzata nel processo in una sola fase.

Ingegneri e scienziati della Rice University hanno sviluppato un modo dolce per consentire alle raffinerie petrolchimiche di trasformare un sottoprodotto puzzolente in denaro.

Il gas di idrogeno solforato ha il caratteristico odore di uova marce. Proviene spesso da fogne, depositi di bestiame e discariche, ma è particolarmente problematico per raffinerie, impianti petrolchimici e altre industrie. Migliaia di tonnellate di gas nocivo vengono prodotte ogni anno come sottoprodotto dei processi che rimuovono lo zolfo dal petrolio, dal gas naturale, dal carbone e da altri prodotti in questi luoghi.

Naomi Halas, ingegnere, fisico e chimico della Rice, e colleghi descrivono un processo che utilizza nanoparticelle d'oro per convertire l'idrogeno solforato in zolfo e idrogeno gassoso ad alta richiesta in un unico passaggio in uno studio recentemente pubblicato sulla rivista ACS Energy Letters . Ancora meglio, il processo in una sola fase necessita solo della luce come fonte di energia. Tra i coautori dello studio figurano Hossein Robatjazi della Syzygy Plasmonics, Emily Carter della Princeton University e Peter Nordlander della Rice University.

Un'illustrazione del processo di bonifica in un'unica fase alimentato dalla luce per il gas di idrogeno solforato reso possibile da un fotocatalizzatore d'oro creato alla Rice University. Crediti: Gruppo Halas/Rice University

“Le emissioni di idrogeno solforato possono comportare multe salate per l’industria, ma anche la bonifica è molto costosa”, ha affermato Halas, un pioniere della nanofotonica il cui laboratorio ha trascorso anni a sviluppare nanocatalizzatori attivati ​​dalla luce commercialmente validi. “La frase 'punto di svolta' è abusata, ma in questo caso è applicabile. L’implementazione della fotocatalisi plasmonica dovrebbe essere molto meno costosa della bonifica tradizionale e ha il potenziale aggiuntivo di trasformare un onere costoso in un bene sempre più prezioso».

Naomi Halas della Rice University è un ingegnere, chimico, fisico e pioniere nel campo dei nanomateriali attivati ​​dalla luce. Credito: Jeff Fitlow/Rice University

Each molecule of hydrogen sulfide gas (H2S) contains two hydrogen atoms and one sulfur atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> atomo. Ogni molecola di gas idrogeno a combustione pulita (H2), il bene primario dell’economia dell’idrogeno, contiene due atomi di idrogeno. Nel nuovo studio, il team di Halas ha cosparso la superficie dei granelli di polvere di biossido di silicio con minuscole isole d'oro. Ogni isola era una nanoparticella d’oro di 10 miliardesimi di metro che interagiva fortemente con una certa lunghezza d’onda della luce visibile. Queste reazioni plasmoniche creano “portatori caldi”, che sono elettroni ad alta energia e di breve durata in grado di guidare la catalisi.

In the study, Halas and co-authors used a laboratory setup and showed a bank of LED lights could produce hot carrier photocatalysis and efficiently convert H2S directly into H2 gas and sulfur. That’s a stark contrast to the established catalytic technology refineries use to break down hydrogen sulfide. Known as the Claus process, it produces sulfur but no hydrogen, which it instead converts into water. The Claus process also requires multiple steps, including some that require combustion chambers heated to about 1,500 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Fahrenheit.

La tecnologia di bonifica plasmonica dell’idrogeno solforato è stata concessa in licenza a Syzygy Plasmonics, una startup con sede a Houston con più di 60 dipendenti, i cui co-fondatori includono Halas e Nordlander.