Spaghetti di polimeri per separare i gas

Uno studio pubblicato sull'ultimo numero di 'Science' e firmato dall'Istituto per la tecnologia delle membrane (Itm) del Cnr di Rende e dall'Università di Cardiff (Uk) prospetta, grazie a un nuovo polimero, importanti miglioramenti nella separazione di gas, operazione cruciale per molti processi industriali, quali la produzione di azoto o di ossigeno dall'aria e la purificazione del gas naturale o dell'idrogeno. I sistemi a membrana sono film o fibre cave molto sottili, realizzati con materiali polimerici. La maggior parte dei materiali attuali risulta però poco permeabile ai gas oppure è contraddistinta da selettività troppo basse di un gas rispetto all'altro.

Il processo risulterebbe più economico e richiederebbe meno energia con membrane dotate di elevata permeabilità e buona selettività. Neil McKeown e i suoi colleghi di Cardiff hanno sviluppato un materiale con queste caratteristiche, ispirandosi a un composto chimico, la cosiddetta base di Tröger, noto da oltre un secolo ma mai considerato per un'applicazione così sofisticata. Un composto costituito da materie prime facilmente reperibili e con una sintesi sorprendentemente versatile. Il ruolo dell'Itm-Cnr era studiare il funzionamento di questi materiali.

"Abbiamo trovato che il nuovo polimero è in grado di 'setacciare' miscele gassose, separando in maniera efficiente molecole di dimensioni diverse", spiega John Jansen dell'Itm-Cnr, coautore dello studio. Le singolari proprietà del polimero sono legate alla sua struttura rigida e contorta. Le sue lunghe catene di molecole lasciano spazi vuoti. "Per dare un'idea, potremmo paragonare i polimeri convenzionali agli spaghetti, e i polimeri di questo studio ai fusilli lunghi bucati", continua Jansen. "Mentre gli spaghetti formano una massa abbastanza compatta, i fusilli lasciano molto spazio vuoto tra di loro".

Nello studio, questo 'volume libero' è costituito da miliardi di micro cavità che permettono il passaggio rapido di piccole molecole, mentre quelle di dimensioni maggiori risultano ostacolate dall'estrema rigidità del polimero, che si comporta come un 'setaccio molecolare'. Altri ricercatori dell'Itm-Cnr che hanno collaborato alla ricerca, Paola Bernardo e Fabio Bazzarelli, confermano permeabilità e selettività del nuovo materiale. "Le prestazioni sono nettamente superiori a quelle delle membrane attuali per separazioni di grande rilevanza industriale come quella dell'idrogeno o dell'ossigeno da gas più ingombranti come il metano o l'azoto", concludono i due.

Il lavoro è stato svolto nell'ambito del progetto europeo 'DoubleNanoMem' ('Nanocomposite and Nanostructured Polymeric Membranes for Gas and Vapour Separations'), finanziato nell'ambito del VII Programma quadro con oltre quattro milioni di euro. Le ricerche continueranno nell'ambito del Pon 'MicroPerla', finanziato con fondi europei dalla regione Calabria e dedicato al recupero di metano dal biogas.

Fonte: John Jansen, Istituto per la tecnologia delle membrane, Arcavacata di Rende , tel. 0984/492031 , email jc.jansen@itm.cnr.it