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Chimica dei materiali

Indagini chimiche: quando il ricercato è un amico dell’ambiente

Gli ossidi di azoto (o NOx) sono tra i principali inquinanti prodotti dai motori diesel. Sono nocivi per l’essere umano e per l’ambiente e la loro concentrazione rimane alta, in città e nelle aree rurali. Ridurne le emissioni è una sfida scientifica, in cui materiali innovativi appaiono sotto una luce diversa.

La nomenclatura NOx è generalmente usata per indicare gli ossidi di azoto (NO e NO2) prodotti durante i processi di combustione in aria a elevata temperatura.
Gli NOx possono essere generati sia da fonti fisse (processi industriali e impianti di riscaldamento) sia da fonti mobili (mezzi di trasporto per persone e merci) e rappresentano un grave rischio per la salute dell’essere umano e dell’ambiente. Sono responsabili della formazione di ozono nella troposfera e possono provocare danni ai polmoni e problemi respiratori.
È di fondamentale importanza, allora, avere dei sistemi efficaci per garantirne l’abbattimento in corrispondenza delle fonti emittenti, limitandone così il più possibile l’accumulo in atmosfera. Poiché il maggior contributo alle emissioni di NOx deriva dal settore dei trasporti, in questo campo sono stati compiuti grandi sforzi per mettere a punto dei metodi efficaci per il trattamento dei gas di scarico. A differenza dei motori a benzina, in cui sono efficacemente impiegati sistemi “a tre vie” in grado di trattare contemporaneamente i diversi residui della combustione (monossido di carbonio, NOx e altri inquinanti), l’abbattimento di NOx da motori diesel si è rivelato un problema tecnologico. Questo per le caratteristiche intrinseche del motore, che lavora con una maggiore concentrazione di aria (miscela magra, ad alto rapporto aria/combustibile) e non permette di trasformare direttamente gli NOx in azoto (N2) e acqua (H2O). È stato allora necessario cercare di individuare dei sistemi in grado di funzionare nelle difficili condizioni che caratterizzano i motori diesel.

Risultati promettenti sono stati raggiunti recentemente applicando una nuova tecnologia basata sui nano-materiali: ponendo in contatto gli NOx con specifici nano-materiali in presenza di ammoniaca se ne ottiene un abbattimento accelerato. Si chiama “riduzione catalitica selettiva con ammoniaca (NH3-SCR) degli NOx” e si è rivelato il metodo più efficace per diminuire la concentrazione degli ossidi di azoto dai gas di scarico.
Tuttavia, come lavorino i nano-materiali selezionati quando si trovano a contatto con la miscela di NOx e ammoniaca è ancora un mistero. Ma è un enigma che deve essere svelato, per poter sviluppare materiali ancora migliori o processi più efficienti e fare un ulteriore passo in avanti verso la soluzione del problema. Con questo obiettivo al Dipartimento di Chimica investighiamo quello che avviene in questi minuscoli “reattori”.


Come in ogni “giallo” cerchiamo un colpevole, che nel nostro caso è il responsabile della scomparsa degli NOx, con la complicità dell’ammoniaca. Per farlo, ci avvaliamo di occhiali insoliti, che ci mostrano quello che vedono gli atomi di azoto, ossigeno e idrogeno mentre vorticano nel “nano-reattore”. Si tratta di diversi strumenti che, sfruttando l’interazione tra la luce e i nano-materiali, ci permettono di misurare dove si trovino e come si comportino le molecole dei gas “incriminati”. Questi dati, una volta elaborati e analizzati, possono aiutarci a individuare il nostro "cavaliere oscuro", il sito responsabile della scomparsa degli NOx e solo conoscendo meglio il materiale si potrà cercare di migliorare il processo.

Gruppo di lavoro: dott.ssa Chiara Negri, prof.ssa Gloria Berlier, prof.ssa Silvia Bordiga, dott.ssa Elisa Borfecchia, dott.ssa Sara Morandi.


IMMAGINI

Questa storia di ricerca si trova in:


un racconto di
Chiara Negri
DIPARTIMENTO / STRUTTURA

Pubblicato il

13 novembre 2019

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