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Cattura del carbonio basata sulla cristallizzazione di cluster di bicarbonato-acqua: un approccio promettente per controllare il riscaldamento globale

AMBIENTECattura del carbonio basata sulla cristallizzazione di cluster di bicarbonato-acqua: un approccio promettente per controllare il riscaldamento globale

È stato ideato un nuovo metodo di cattura del carbonio per catturare l'anidride carbonica dalle emissioni di combustibili fossili

Le emissioni delle serre sono il maggior contributore al cambiamento climatico. Le emissioni di gas serra critici sono il risultato dell'industrializzazione su larga scala e dell'attività umana. La maggior parte di queste emissioni di gas serra sono di anidride carbonica (CO2) dalla combustione di combustibili fossili. La concentrazione totale di CO2 nell'atmosfera è aumentata di oltre il 40% dall'inizio dell'era dell'industrializzazione. Questo costante aumento delle emissioni di gas serra sta riscaldando il pianeta in quello che viene definito "il riscaldamento globale' poiché le simulazioni al computer hanno dimostrato che le emissioni sono responsabili dell'aumento della temperatura superficiale media della terra nel tempo indicando "cambiamenti climatici" dovuti a cambiamenti nei modelli di pioggia, gravità delle tempeste, livello del mare, ecc. Pertanto, sviluppando modi adeguati di "intrappolamento o cattura" l'anidride carbonica dalle emissioni è un aspetto critico nella lotta al cambiamento climatico. Carbonio la tecnologia di acquisizione esiste da decenni, ma recentemente ha acquisito maggiore attenzione a causa delle preoccupazioni ambientali.

Una nuova metodologia di cattura del carbonio

La procedura standard di cattura del carbonio prevede l'intrappolamento e la separazione della CO2 da una miscela gassosa, quindi il suo trasporto allo stoccaggio e lo stoccaggio a distanza dall'atmosfera solitamente sotterranea. Questo processo è ad alta intensità energetica, comporta diversi problemi tecnici, rischi e limitazioni, ad esempio, un'elevata probabilità di perdite nel sito di stoccaggio. Un nuovo studio pubblicato su Chem descrive un'alternativa promettente per la cattura del carbonio. Gli scienziati del Department of Energy USA hanno sviluppato un metodo unico per rimuovere la CO2 dalle centrali elettriche a carbone e questo processo richiede il 24% di energia in meno rispetto ai benchmark attualmente utilizzati nel settore.

I ricercatori hanno lavorato su composti organici presenti in natura chiamati bis-iminoguanidine (BIG) che hanno la capacità di legarsi ad anioni caricati negativamente, come visto in studi precedenti. Pensavano che questa particolare proprietà dei BIG dovesse essere applicabile anche agli anioni bicarbonato. Quindi i BIG possono agire come un assorbente (una sostanza che raccoglie altre molecole) e convertire la CO2 in calcare solido (carbonato di calcio). La calce sodata è una miscela di idrossidi di calcio e sodio utilizzata da subacquei, sottomarini e altri ambienti chiusi per la respirazione per filtrare l'aria espirata e prevenire qualsiasi pericoloso accumulo di CO2. L'aria può quindi essere riciclata più volte. Ad esempio, i rebreather per i subacquei consentono loro di rimanere sott'acqua per molto tempo, cosa altrimenti impossibile.

Un metodo unico che richiede meno energia

Sulla base di questa comprensione, hanno sviluppato un ciclo di separazione della CO2 che utilizzava una soluzione acquosa BIG. In questo particolare metodo di cattura del carbonio hanno fatto passare i gas di scarico attraverso la soluzione che ha fatto legare le molecole di CO2 al BIG assorbente e questo legame li avrebbe cristallizzati in un tipo solido di calcare organico. Quando questi solidi venivano riscaldati a 120 gradi Celsius, veniva rilasciata CO2 legata che poteva quindi essere immagazzinata. Poiché questo processo avviene a temperature relativamente più basse rispetto ai metodi esistenti di cattura del carbonio, l'energia richiesta per il processo è ridotta. Inoltre, il sorbente solido potrebbe essere nuovamente sciolto in acqua e riciclato per il riutilizzo.

Le attuali tecnologie di cattura del carbonio hanno molti problemi persistenti come problemi di stoccaggio, costi energetici elevati, ecc. Il problema principale è l'uso di assorbenti liquidi che evaporano o si decompongono nel tempo e richiedono anche almeno il 60 percento dell'energia totale per riscaldarli, il che è molto alto. Il sorbente solido nel presente studio ha superato la limitazione energetica perché la CO2 viene catturata da un sale di bicarbonato solido cristallizzato che richiedeva circa il 24% di energia in meno. Inoltre, non si è verificata alcuna perdita di assorbente anche dopo 10 cicli consecutivi. Questa minore necessità di energia può ridurre i costi di cattura del carbonio e se consideriamo miliardi di tonnellate di CO2, questo metodo può avere un grande impatto, annullando le emissioni di gas serra attraverso un'adeguata cattura.

Un limite di questo studio è la capacità relativamente bassa di CO2 e il tasso di assorbimento dovuto alla limitata solubilità del sorbente BIG in acqua. I ricercatori stanno cercando di combinare solventi tradizionali come gli amminoacidi con questi BIG assorbenti per affrontare questa limitazione. L'attuale esperimento è stato condotto su piccola scala in cui il 99 percento di CO2 è stato rimosso dai gas di scarico. Il processo deve essere ulteriormente ottimizzato in modo che possa essere scalato per catturare almeno una tonnellata di CO2 ogni giorno e da qualsiasi diverso tipo di emissione. Il metodo deve essere robusto nella gestione delle contaminazioni nelle emissioni. L'obiettivo finale di una tecnologia di cattura del carbonio sarebbe quello di catturare direttamente la CO2 dall'atmosfera utilizzando un metodo economico ed efficiente dal punto di vista energetico.

***

{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Williams N et al. 2019. Cattura di CO2 tramite i dimeri cristallini del bicarbonato legati all'idrogeno. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025

Squadra SCIEU
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