Un nuovo catalizzatore può trasformare l’idrogeno solforato puzzolente in una mucca da mungere

Oct 14, 2023

HOUSTON – (31 ottobre 2022) – Gli ingegneri e gli scienziati della Rice University hanno creato un modo dolce per consentire alle raffinerie petrolchimiche di trasformare un sottoprodotto puzzolente in denaro.

Il gas di idrogeno solforato ha l'inconfondibile aroma di uova marce. Spesso proviene da fogne, depositi di bestiame e discariche, ma è particolarmente problematico per le raffinerie, gli impianti petrolchimici e altre industrie, che producono migliaia di tonnellate di gas nocivo ogni anno come sottoprodotto dei processi che rimuovono lo zolfo dal petrolio, dal gas naturale, dal carbone. e altri prodotti.

In uno studio pubblicato sulla rivista ad alto impatto ACS Energy Letters dell'American Chemical Society, l'ingegnere, fisico e chimico della Rice Naomi Halas e i suoi collaboratori descrivono un metodo che utilizza nanoparticelle d'oro per convertire l'idrogeno solforato in gas idrogeno e zolfo ad alta richiesta in un unico passaggio . Meglio ancora, il processo in un unico passaggio ottiene tutta la sua energia dalla luce. Tra i coautori dello studio figurano Peter Nordlander della Rice, Emily Carter della Princeton University e Hossein Robatjazi della Syzygy Plasmonics.

“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».

Ciascuna molecola di gas di idrogeno solforato (H2S) contiene una coppia di atomi di idrogeno e un atomo di zolfo. Ogni molecola di gas idrogeno a combustione pulita (H2), il prodotto base dell’economia dell’idrogeno, contiene una coppia di atomi di idrogeno. Nel nuovo studio, il team di Halas ha punteggiato la superficie dei granelli di polvere di biossido di silicio con minuscole isole d'oro. Ogni isola era una nanoparticella d’oro di circa 10 miliardesimi di metro che avrebbe interagito fortemente con una specifica lunghezza d’onda della luce visibile. Queste reazioni plasmoniche creano “portatori caldi”, elettroni ad alta energia e di breve durata che possono guidare la catalisi.

Nello studio, Halas e coautori hanno utilizzato un allestimento di laboratorio e hanno dimostrato che un banco di luci a LED potrebbe produrre fotocatalisi del portatore caldo e convertire in modo efficiente l’H2S direttamente in gas H2 e zolfo. Questo è in netto contrasto con la consolidata tecnologia catalitica utilizzata dalle raffinerie per abbattere l'idrogeno solforato. Conosciuto come processo Claus, produce zolfo ma non idrogeno, che viene invece convertito in acqua. Il processo Claus richiede inoltre più passaggi, inclusi alcuni che richiedono camere di combustione riscaldate a circa 1.500 gradi 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.

Halas ha affermato che il processo di bonifica potrebbe finire per avere costi di implementazione sufficientemente bassi ed efficienza sufficientemente elevata da diventare economico per ripulire l’idrogeno solforato non industriale da fonti come gas di fogna e rifiuti animali.

“Dato che richiede solo luce visibile e nessun riscaldamento esterno, il processo dovrebbe essere relativamente semplice da ampliare utilizzando l’energia solare rinnovabile o l’illuminazione a LED a stato solido altamente efficiente”, ha affermato.

Il 3 ottobre, Halas e Nordlander hanno ricevuto il prestigioso Eni Energy Transition Award 2022 in riconoscimento dei loro sforzi per sviluppare catalizzatori efficienti alimentati dalla luce per la produzione di idrogeno su scala industriale.

Halas è il professore Stanley C. Moore di ingegneria elettrica e informatica della Rice e professore di chimica, bioingegneria, fisica e astronomia, scienza dei materiali e nanoingegneria. Nordlander è la cattedra Wiess della Rice e professore di fisica e astronomia, nonché professore di ingegneria elettrica e informatica, scienza dei materiali e nanoingegneria. Carter è Gerhard R. Andlinger Professor di Energia e Ambiente di Princeton presso l'Andlinger Center for Energy and the Environment, consulente strategico senior per la scienza della sostenibilità presso il Princeton Plasma Physics Laboratory e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e di matematica applicata e computazionale. Robatjazi è scienziato capo alla Syzygy Plasmonics e professore aggiunto di chimica alla Rice.