I ricercatori del MIT e dello SLAC National Accelerator Laboratory hanno creato una mappa che potrebbe diventare un importante strumento di progettazione per ottimizzare la produzione di materiali come litio, acciaio e cobalto.
In un lavoro che potrebbe inaugurare processi più efficienti ed ecologici per la produzione di metalli importanti come litio, ferro e cobalto, i ricercatori del MIT e dello SLAC National Accelerator Laboratory hanno mappato ciò che accade a livello atomico a livello di elettrolisi dei metalli. Lo studio è riportato in questo articolo pubblicato su Chemistry of Materials.
Creando mappe per un’ampia gamma di metalli, non solo hanno determinato quali metalli dovrebbero essere più facili da produrre utilizzando questo approccio, ma hanno anche identificato le barriere che impediscono la produzione efficienti degli altri materiali. Di conseguenza, la mappa dei ricercatori potrebbe diventare un importante strumento di progettazione per ottimizzare la produzione di tutti questi metalli.
Il lavoro potrebbe anche aiutare lo sviluppo di batterie metallo-aria, cugine delle batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici di oggi.
Produzione più ecologica dei metalli
La maggior parte dei metalli fondamentali per la società odierna sono prodotti utilizzando combustibili fossili che generano le alte temperature necessarie per convertire il minerale originale in quello finale. Questo processo è una fonte significativa di gas serra, visto ch la produzione dell’acciaio da sola rappresenta circa il 7% delle emissioni di anidride carbonica a livello globale. Non sorprende quindi che i ricercatori di tutto il mondo stiano lavorando per identificare modi più ecologici per la produzione di metalli.
Un approccio promettente è rappresentato dall’elettrolisi dei metalli, o raffinazione elettrolitica, grazie alla quale viene creato un metallo puro ottenendo ossigeno come sottoprodotto.
Donald Siegel, presidente del dipartimento e professore di ingegneria meccanica presso l’Università del Texas ad Austin, non coinvolto direttamente nel progfetto, ha dichiarato: “Questo lavoro è un contributo importante per migliorare l’efficienza della produzione di metallo dagli ossidi di metallo. Chiarisce la nostra comprensione dei processi di elettrolisi a basse emissioni di carbonio facendo risalire la termodinamica sottostante a elementari interazioni metallo-ossigeno. Mi aspetto che questo lavoro aiuterà nella creazione di regole di progettazione che renderanno questi processi importanti dal punto di vista industriale meno dipendenti dai combustibili fossili”.
Yang Shao-Horn, professore di ingegneria della JR East presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali (DMSE) e il Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT è autore della ricerca assieme a Michal Bajdich dello SLAC, afferma: “Miriamo a stabilire alcune conoscenze di base per prevedere l’efficienza della produzione di metalli elettrochimici e delle batterie metallo-aria dall’esame delle barriere termodinamiche calcolate per la conversione tra ossidi metallici e metallici”. Shao-Horn, fa parte del Centro per l’elettrificazione e la decarbonizzazione dell’industria del MIT, vincitore del primo concorso Climate Grand Challenges dell’Istituto. Shao-Horn è anche affiliato al Materials Research Laboratory e al Research Laboratory of Electronics del MIT.
Oltre a Shao-Horn e Bajdich, altri autori dell’articolo Chemistry of Materials sono Jaclyn R. Lunger (nella foto), primo autore e uno studente laureato DMSE; Naomi Lutz, ingegnere meccanico; e lo studente laureato DMSE Jiayu Peng.
