Il MIT scopre per caso la possibilità di ampliare la produzione elettrolitica di metalli

Il MIT scopre per caso la possibilità di ampliare la produzione elettrolitica di metalli

Durante gli esperimenti per sondare le capacità di un nuovo tipo di batteria un gruppo di ricercatori del MIT è incappato nella produzione di antimonio liquido, scoprendo la possibilità di produrre per elettrolisi altri metalli oltre all'alluminio

di Andrea Bai pubblicata il , alle 10:32 nel canale Scienza e tecnologia
 

"Serendipità è cercare un ago in un pagliaio e trovare la figlia del contadino": è questo uno degli aforismi più famosi, di Julius H. Comroe, per descrivere quel processo che porta alla scoperta di qualcosa di inatteso mentre si sta cercando qualcosa d'altro.

La storia della ricerca scientifica e tecnologica è costellata di episodi di serendipità: uno dei più recenti è quello che vede protagonisti i ricercatori del MIT che durante una serie di esperimenti votati allo sviluppo di una nuova batteria hanno invece individuato un metodo innovativo per la produzione di metalli e che potrebbe consentire, almeno potenzialmente, di ridurre i costi di produzione e soprattutto contenere in maniera significativa la produzione e l'emissione di gas serra.

Donald Sadoway, Huayi Yin e Brice Chung lavorano da vari anni allo sviluppo di batterie cosiddette all-liquid, dove cioè tutti gli elementi funzionali sono costituiti da elementi liquidi come metalli fusi o soluzioni saline che, avendo densità differenti, si stratificano gli uni sugli altri. I ricercatori hanno voluto sperimentare gli effetti dell'impiego di un secondo elettrolita tra gli elettrodi positivo e negativo ma il riscontro ottenuto è stato del tutto differente da quanto immaginato.

I ricercatori hanno usato solfuro di antimonio come materiale elettrolita sperimentale in forma fusa. Durante la fase di carica, i ricercatori hanno riscontrato con grande sorpresa come la batteria sperimentale producesse di antimonio liquido invece di accumulare energia elettrica: il solfuro di antimonio infatti non è un materiale adatto alla produzione di metalli tramite elettrolisi. Gli scienziati del MIT hanno quindi voluto capire cosa fosse accaduto.

La produzione di metalli per via elettrolitica richiede l'impiego di conduttori ionici: il solfuro di antimonio è un buon conduttore di elettroni ma non è un conduttore ionico. Aggiungendo però uno strato di conduttore ionico al di sopra del conduttore fuso, ha permesso di rendere molto efficace il processo elettrolitico, separando il metallo dal composto sulfuro e andando a creare un bacino di antimonio liquido con purezza di 99,9% sul fondo della cella elettrolitica e un accumulo di gas di zolfo in cima alla cella, permettendone quindi la raccolta ed un eventuale riutilizzo per altri processi chimici. In un tradizionale processo di fusione lo zolfo andrebbe a legarsi immediatamente con l'ossigeno dell'aria formando diossido di zolfo, altamente inquinante e causa prima del fenomento delle piogge acide. Il processo di elettrolisi, avvenendo in ambiente confinato, permette di ricavare un metallo di elevata purezza senza la necessità di doversi preoccupare della gestione dei gas inquinanti.

L'elettrolisi è un processo molto più efficiente rispetto ai tradizionali metodi di produzione dei metalli basati sul calore, dal momento che è un processo continuo e a singola fase. L'elettrolisi è già impiegata comunemente e diffusamente per la produzione dell'alluminio a costi irrisori. Nel caso in cui il processo potesse essere applicato alla produzione di altri metalli comunemente usati nell'industria, come ad esempio il rame, vi sarebbe la possibilità di abbassare drasticamente i prezzi e di ridurre le emissioni inquinanti.

L'antimonio si è rivelato essere un buon materiale di test per valutare il concetto, ed i ricercatori sono convinti che il principio di base possa essere applicabile anche ai metalli presenti nei minerali ossidi, l'altra importante cateogria di minerali metallici assieme a quelli sulfurei. L'applicazione del processo a questo tipo di minerali avrebbe l'esito di produrre ossigeno puro come prodotto secondario invece di zolfo. Bisogna comunque considerare come l'antimonio abbia un punto di fusione relativamente basso (630°C) rispetto ad altri metalli come il rame (1083°C): le temperature di fuzione più elevate potrebbero aggiungere complicazioni nell'ideazione di un sistema di produzione versatile, ma i ricercatori sono convinti che avendo a che fare con i medesimi principi fisici vi sia una reale possibilità di poter progettare sistemi di produzione applicabili alla realtà.

Il desiderio ambizioso è quello di poter riuscire a sviluppare un processo basato su questa scoperta che sia adatto anche per la produzione dell'acciaio, attività che attualmente rappresenta la prima fonte di emissione dell'anidride carbonica prodotta dalle attività umane. Si tratta però di un obiettivo molto difficile da raggiungere per via dell'elevato punto di fusione del ferro, di 1538°C.

6 Commenti
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pipperon25 Ottobre 2016, 10:53 #1

per la produzione dell'alluminio a costi irrisori...

per la produzione dell'alluminio a costi irrisori.
Forse sarebbe meglio chiarificare cosa si intende per irrisori visto che la produzione dell'Al e' fra le piu' energivore in assoluto (chiedetelo all'alcoa).
Personaggio25 Ottobre 2016, 11:09 #2
Originariamente inviato da: pipperon
per la produzione dell'alluminio a costi irrisori.
Forse sarebbe meglio chiarificare cosa si intende per irrisori visto che la produzione dell'Al e' fra le piu' energivore in assoluto (chiedetelo all'alcoa).


In Italia abbiamo ancora fabbriche di AL che usano la combustione per estrarlo dalla Bauxite, anche se oggi in relatà, il 90% dell'Al è riciclato, tantè che le miniere di Bauxite Sarde sono state quasi tutte abbandonate
DevilsAdvocate25 Ottobre 2016, 11:13 #3

elettrolisi

A quanto mi risultava l'elettrolisi è considerata un processo economico solo per ricavare l'idrogeno.... e per l'alluminio invece è talmente dispendioso che lo utilizzano solo paesi quali la norvegia dove l'energia elettrica è in eccesso...
Ma correggetemi se ne sapete di più o se sono dati vecchi.

EDIT: Non mi sbaglio, lo si trova anche su wikipedia:
https://it.wikipedia.org/wiki/Proce...ll-H%C3%A9roult
Il costo energetico è così alto che accanto alle fabbriche di Alluminio serve una centrale elettrica...
ferro7525 Ottobre 2016, 11:33 #4
Che io sappia l'alluminio (da minerale grezzo, non da riciclo) è normalmente prodotto per elettrolisi, ma i costi non sono sicuramente irrisori.
Personaggio25 Ottobre 2016, 11:38 #5
Originariamente inviato da: ferro75
Che io sappia l'alluminio (da minerale grezzo, non da riciclo) è normalmente prodotto per elettrolisi, ma i costi non sono sicuramente irrisori.


I costi sono alti ma tutti iniziali, servono 10 anni per ammortizzarli e in Italia sappiamo che è già tanto se programmano fino a 5 anni.
Praticamente devi cambiare completamente la fabbrica, sono decine di milioni di investimento per una fabbrica media e non ne spendono neanche mezzo per togliere i tetti in Eternit quindi figuriamoci.
andbad25 Ottobre 2016, 12:21 #6
le temperature di fuzione più elevate



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