Tecnologia
Come funziona il processo di distillazione
La distillazione è un metodo usato per separare i componenti di una miscela liquida basato sulle loro differenti temperature di ebollizione. Ogni sostanza in una miscela ha una temperatura specifica alla quale inizia a bollire e trasformarsi in vapore. La distillazione sfrutta questa proprietà per isolare i componenti.
Di seguito si riporta in modo schematico le fasi per il suo funzionamento:
- Riscaldamento: la miscela da separare viene riscaldata. Il componente con il punto di ebollizione più basso si trasforma in vapore per primo.
- Condensazione: il vapore sale lungo la colonna e passa attraverso un condensatore, che lo raffredda fino a farlo ritornare allo stato liquido.
- Raccolta: il liquido condensato, ora più puro, viene raccolto in un recipiente separato.
La distillazione degli isotopi è una forma specializzata di distillazione utilizzata per separare isotopi dello stesso elemento, i quali hanno leggere differenze nella loro massa atomica. Il principio di base della distillazione rimane invariato e sfrutta le differenze nei punti di ebollizione dei vari isotopi, ma è presente una complessità aggiuntiva data dalle differenze minime nei punti di ebollizione: gli isotopi dello stesso elemento chimico hanno proprietà chimiche pressoché identiche, inclusi punti di ebollizione molto simili. Questo significa che la separazione tramite distillazione richiede un controllo più preciso della temperatura e spesso apparecchiature sofisticate e sensibili.
A causa delle minime differenze nei punti di ebollizione, le colonne di distillazione usate per gli isotopi devono necessariamente essere più alte e dotate di numerosi stadi di equilibrio rispetto alle colonne standard. Questo aiuta a incrementare la separazione fra gli isotopi, dato che ogni stadio di equilibrio può offrire un incremento minimo nella separazione del componente più volatile dal meno volatile.
La distillazione isotopica richiede una grande quantità di energia, principalmente perché le differenze minime nei punti di ebollizione necessitano di periodi di tempo più lunghi per ottenere una separazione efficace.
In sintesi, la distillazione isotopica è un processo molto più delicato e tecnicamente esigente rispetto alla distillazione standard. Richiede apparecchiature avanzate e una grande precisione per gestire e sfruttare le sottili differenze nei punti di ebollizione degli isotopi per ottenere una separazione efficace.
Per questo motivo la nostra scelta per la sede produttiva è il sito strategico della miniera di Seruci, in Sardegna, un’area unica con un grande potenziale per lo sviluppo industriale e dotata di pozzi profondi 350 metri.
Affrontiamo questo aspetto con una soluzione infrastrutturale avanzata che migliora significativamente l’efficienza produttiva e la scalabilità, riducendo i costi operativi. Inoltre, il recupero del calore è integrato per ottimizzare il risparmio energetico.
Il processo di distillazione per i nostri isotopi deve essere condotto a temperature criogeniche perchè le sostanze che a temperatura ambiente si trovano allo stato gassoso come l’argon, l’azoto, l’ossigeno, il monossido di carbonio o il biossido di carbonio, richiedono temperature molto basse per liquefarsi. Le colonne criogeniche permettono di raggiungere e mantenere le temperature necessarie per la condensazione di questi gas. Le colonne criogeniche sono progettate per minimizzare la perdita di calore, ottimizzando così il consumo energetico durante il processo.
Perché la distillazione criogenica è la soluzione ideale
Esistono diverse tecniche per la produzione di isotopi stabili, ognuna con i suoi vantaggi e limitazioni (per maggiori dettagli si consulti la sezione “Tecnologie per la produzione di isotopi stabili”) ma, tra tutte le tecnologie, la distillazione criogenica rappresenta la soluzione più avanzata per la produzione di isotopi stabili. I suoi vantaggi sono evidenti:
- elevata purezza del prodotto (>99%);
- alta efficienza produttiva;
- scalabilità industriale.
Il nostro impianto si concentrerà sulla produzione di isotopi stabili, in particolare 13C dal monossido di carbonio (CO) e 15N dall’azoto molecolare (N₂).
Articoli scientifici pubblicati sulla tecnologia del Progetto Aria
Tecnologie per la produzione di isotopi stabili
Di seguito è riportato un confronto tra le principali tecniche di separazione degli isotopi stabili.
- Diffusione gassosa: metodo tradizionale che sfrutta la diversa velocità di diffusione degli isotopi attraverso una membrana semipermeabile. Pur essendo semplice, ha un’efficienza bassa, richiede molta energia e impianti di grandi dimensioni.
- Centrifugazione gassosa: utilizza la forza centrifuga per separare gli isotopi in base alla massa. È più efficiente rispetto alla diffusione gassosa, ma richiede infrastrutture complesse e costose, con elevati consumi energetici.
- Separazione isotopica con laser: impiega laser mirati per ionizzare specifici isotopi con alta precisione. Questa tecnologia è molto efficiente, ma estremamente costosa e difficile da scalare industrialmente.
- Cromatografia a scambio ionico: tecnica chimica che separa gli isotopi in base alla carica tramite resine a scambio ionico. Sebbene offra alta precisione, è adatta solo a piccole quantità di isotopi, rendendola poco adatta a produzioni su larga scala.