Una nuova tecnologia economizzatrice d'energia produce silice composti da materiali improbabili: scafi, antigelo e alcool di grano di riso.
Silice precipitata e altri composti di silicio sono essenziali per molti prodotti che usiamo ogni giorno, e non solo in quei piccoli pacchetti contrassegnati "NON MANGIARE". Sono usati per assorbire l'umidità che poteva danneggiare le novità, e la maggior parte di noi non pensare molto su di loro.
Centinaia di migliaia di tonnellate di silice precipitata e altri composti di silice è prodotte ogni anno. Sono abituati a lucidare i wafer di silicio che vanno in elettronica, per rafforzare pneumatici, per rendere vernici e carta bianca, come abrasivo in dentifricio in pasta e sì, in innumerevoli piccoli pacchetti di gel di silice perline.
La produzione di composti di silicio di elevata purezza è oggi un processo ad alta intensità di carbonio e costoso che richiede riscaldamento minate silicio metallo e carbone antracite a 3.500 gradi Celsius (6.332 gradi Fahrenheit) in un forno ad arco elettrico.
Richard Laine, professore di scienza dei materiali e ingegneria presso l'Università del Michigan che ha sviluppato il nuovo processo, dice che si potrebbero risparmiare circa sei tonnellate di emissioni di anidride carbonica per tonnellata di silice composti prodotti. Egli stima che il costo della tecnica per essere il 90 per cento in meno rispetto al processo corrente, con praticamente nessuna impronta di carbonio.
La nuova tecnica è creduta per essere il primo semplice, poco costoso metodo chimico per la produzione di composti di silicio di elevata purezza da rifiuti agricoli.
Gusci del riso
Gran parte dei rifiuti agricoli del mondo contiene silice, e la ricerca di un modo pratico per estrarlo si estende indietro di 80 anni. Mentre il nuovo processo potrebbe essere usato per produrre silicio e silicio-contenente sostanze chimiche da molti tipi di rifiuti agricoli, Laine focalizzata sull'utilizzo di scafi lasciati dalla lavorazione riso.
Lo scafo è lo strato più esterno del chicco di riso. Viene rimosso quando viene elaborato il riso. Ogni anno, centinaia di milioni di tonnellate degli scafi vengono prodotti nel mondo. Molti vengono bruciati per produrre energia elettrica, e la cenere che rimane contiene alti livelli di silice. Parte di questa cenere è utilizzato nella costruzione o come isolamento, ma gran parte di essa è oggetto di dumping nelle discariche.
Ma mentre il mondo è inondato di cenere di scafo di riso ricco di silice, uscire quel silice ha dimostrato di essere una grande sfida. La difficoltà nasce principalmente dall'incredibilmente forte legame chimico tra silicio e ossigeno, uno dei più forti che esiste in natura.
Whyantifreeze ed etanolo?
Laine trovato due modi facili e poco costosi per rompere quel legame: glicole etilenico, o antigelo ed etanolo o alcool di grano. L'antigelo combinato con una piccola quantità di idrossido di sodio si indebolisce i legami chimici tra la silice e la cenere di scafo di riso all'inizio del processo, la silice di dissoluzione in una soluzione liquida.
La soluzione viene poi riscaldata a 390 gradi Celsius (734 gradi Fahrenheit), formando un polimero di silice e antigelo. Mentre questa fase richiede energia, è più che compensato dall'energia prodotta quando i gusci del riso sono bruciati all'inizio del processo. E poiché il carbonio rilasciato quando gli scafi sono bruciati in precedenza è stato assorbito dalla pianta del riso, il processo viene considerato carbon neutral. Il riscaldamento produce un polimero di silice-antigelo che viene poi filtrato per rimuovere la cenere.
Alcool di grano viene quindi aggiunto alla fine del processo. È chimicamente simile all'antigelo, così scambia facilmente a sostituire l'antigelo, che è poi riciclato. La silice liquida possa essere distillata fuori questa seconda soluzione e usata per fare un prodotto di elevata purezza silice precipitata per uso industriale.
Laine ha costituito una società, Mayasil, per commercializzare la tecnologia, che sta realizzando un impianto "pre-pilota" che verrà utilizzato per sviluppare una scala a processo di fabbricazione. Se la scala è successo, Laine predice che cambierà radicalmente il modo di silice prodotti sono realizzati e utilizzati.
"Penso che alla fine, potrà essere la produzione silice ad alta purezza e altri composti di silicio proprio accanto ai campi di riso", dice Laine. "Sarà possibile elaborare riso e produrre alta qualità silice in un'unica posizione con poca o nessuna impronta di carbonio. È davvero molto eccitante."