Una nuova ricerca scientifica ha trovato il modo per convertire i rifiuti plastici di polistirolo in vettori organici liquidi di idrogeno (LOHC)
Stoccare l’idrogeno in sicurezza grazie ai rifiuti plastici
Arriva dal mondo dei rifiuti una nuova strategia per stoccare l’idrogeno (H2) in sicurezza. Un gruppo di ingegneri e chimici dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan (UNIST), in Corea del Sud, è riuscito a convertire gli scarti di polistirolo in vettori organici liquidi di idrogeno. Un processo che permetterebbe di ottenere un doppio beneficio: da un lato fornire un sistema competitivo sul fronte dei costi per il trasporto dell’H2, dall’altro offrire una nuova strada all’upcycling di questo materiale plastico.
Il problema del riciclo del polistirolo
Un progresso da tenere d’occhio, dal momento che il destino del polistirolo a fine vita, noto anche come polistirene espanso (EPS), rappresenta ancora un problema a livello ambientale. Questo polimero termoplastico, oggi largamente impiegato nel settore degli imballaggi e in quello dell’isolamento domestico, gode per sua natura di un’elevata stabilità. Disperso nell’ambiente, in assenza di sole può durare millenni; ma anche alla luce, per ottenere una completa ossidazione fotochimica, sono necessari centinaia di anni.
Il riciclo del polistirene post consumo appare dunque essenziale. Peccato che, nonostante il semaforo verde a livello teorico, nella pratica persistano diverse sfide. I problemi includono grandi volumi di rifiuti, costosi processi di pre-lavorazione e il basso valore del prodotto, che possono ostacolare la redditività economica di molti processi di riciclaggio. Inoltre, in determinate condizioni l’EPS riciclato tende a degradarsi, perdendo le sue proprietà.
LOHC a base di stirene e toluene
È a questo livello che si inserisce la nuova ricerca coreana. Il team di scienziati, guidato dal Professor Kwangjin An della Facoltà di Ingegneria Energetica e Chimica dell’UNIST, ha progettato un sistema completo a circuito chiuso per convertire i rifiuti di polistirene in un vettore di idrogeno organico liquido (LOHC). Tali molecole immagazzinano il gas all’interno della loro struttura chimica ciclica, consentendo una conservazione sicura a temperatura e pressione ambiente.
L’approccio sfrutta la struttura ricca di composti aromatici del polistirene. Quando riscaldato, il polistirene si decompone in composti aromatici a basso peso molecolare come stirene e toluene. Questi possono reagire con l’H2 a temperature elevate per legarlo a sé in maniera stabile. E per rilasciarlo? In questa fase interviene la deidrogenazione catalitica.
Stoccare l’idrogeno e facilitarne il rilascio
Il gruppo ha impiegato il platino come catalizzatore per facilitare il distacco dell’idrogeno, scoprendo come le prestazioni catalitiche variassero notevolmente a seconda della struttura di supporto. Per la precisione, catalizzatori a base di platino su ossido di alluminio assemblato in nanosfoglie hanno dimostrato una reattività e una stabilità superiori, migliorando l’efficienza della reazione.
Un processo, tuttavia, non privo di intoppi. I composti policiclici nei LOHC derivati dal polistirene hanno portato, infatti, alla disattivazione del catalizzatore tramite la formazione di coke. Problema superato introducendo una fase di distillazione per rimuovere tali impurità. I ricercatori hanno anche ottimizzato il processo sotto il profilo energetico-economico impiegando il calore di scarto.
“La valutazione del ciclo di vita e l’analisi tecnico-economica hanno confermato che il riciclo creativo dei rifiuti di PS in vettori organici liquidi di idrogeno offre sia vantaggi ambientali, tra cui un’impronta di carbonio negativa per la produzione di LOHC, sia sostenibilità economica, con costi di trasporto competitivi“, spiegano gli scienziati. I risultati del lavoro sono stati pubblicati nell’articolo “Upcycling Post-Consumer Polystyrene Waste into Liquid Organic Hydrogen Carriers” su ACS Catalysis.
