Il metodo di cattura del carbonio estrae la CO2 direttamente dall’aria

La tipica cattura del carbonio cattura CO₂ direttamente dalla fonte di un processo ad alta intensità di carbonio. La cattura del carbonio ambientale, o “cattura diretta dell’aria” (DAC), d’altro canto, può eliminare il carbonio dalle tipiche condizioni ambientali e funge da arma nella battaglia contro il cambiamento climatico, in particolare ora che la dipendenza dai combustibili fossili inizia a diminuire e con essa , la necessità di catturare il carbonio al punto di origine.

Una nuova ricerca della Northwestern University mostra un nuovo approccio per catturare il carbonio dalle condizioni ambientali ambientali che esamina la relazione tra acqua e anidride carbonica nei sistemi per informare la tecnica dell'”oscillazione dell’umidità”, che cattura la CO₂ a basse umidità e lo rilascia ad alte umidità. L’approccio incorpora metodologie cinetiche innovative e una varietà di ioni, consentendo la rimozione del carbonio praticamente ovunque.

Lo studio è stato pubblicato oggi (3 ottobre) sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali.

“Non stiamo solo espandendo e ottimizzando la scelta degli ioni per la cattura del carbonio, ma stiamo anche aiutando a svelare le basi fondamentali delle complesse interazioni fluido-superficie”, ha affermato Vinayak P. Dravid della Northwestern, autore senior dello studio. “Questo lavoro fa avanzare la nostra comprensione collettiva del DAC, e i nostri dati e le nostre analisi forniscono un forte impulso alla comunità, sia ai teorici che agli sperimentali, per migliorare ulteriormente la cattura del carbonio in condizioni pratiche”.

Dravid è il professore Abraham Harris di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern e direttore delle iniziative globali presso l’International Institute for Nanotechnology. Dottorato di ricerca gli studenti, John Hegarty e Benjamin Shindel, furono i primi autori dell’articolo.

Shindel ha affermato che l’idea alla base del documento è nata dal desiderio di utilizzare le condizioni ambientali ambientali per facilitare la reazione.

“Ci è piaciuta la cattura del carbonio basata sull’oscillazione dell’umidità perché non ha un costo energetico definito”, ha affermato Shindel. “Anche se è necessaria una certa quantità di energia per umidificare un volume d’aria, idealmente si potrebbe ottenere l’umidità ‘gratuitamente’, energeticamente, facendo affidamento su un ambiente che abbia riserve naturali di aria secca e umida vicine tra loro.”

Il gruppo ha inoltre ampliato il numero di ioni utilizzati per rendere possibile la reazione.

“Non solo abbiamo raddoppiato il numero di ioni che mostrano la desiderata cattura del carbonio dipendente dall’umidità, ma abbiamo anche scoperto i sistemi con le prestazioni più elevate finora”, ha affermato John Hegarty.

Negli ultimi anni, la cattura dovuta all’oscillazione dell’umidità ha preso piede. I metodi tradizionali di cattura del carbonio utilizzano assorbenti per catturare la CO₂ nei punti di origine, quindi utilizzare il calore o il vuoto generato per rilasciare CO₂ dal assorbente. Ha un costo energetico elevato.

“La tradizionale cattura del carbonio trattiene la CO₂ strettamente, il che significa che ci vuole una notevole energia per rilasciarlo e riutilizzarlo,” ha detto Hegarty.

Inoltre non funziona ovunque, ha detto Shindel. L’agricoltura, i produttori di cemento e acciaio, ad esempio, contribuiscono in maniera determinante alle emissioni, ma occupano un’impronta enorme che rende impossibile catturare il carbonio da un’unica fonte.

Shindel ha aggiunto che i paesi più ricchi dovrebbero tentare di scendere al di sotto dello zero nelle emissioni mentre i paesi in via di sviluppo, che fanno maggiore affidamento sull’economia del carbonio, riducono gradualmente la CO2.₂ produzione.

Un altro autore senior, il professore di chimica Omar Farha, ha esperienza nell’esplorazione del ruolo delle strutture di ossido di metallo (MOF) per diverse applicazioni, inclusa la CO₂ cattura e sequestro.

“La DAC è un problema complesso e sfaccettato che richiede un approccio interdisciplinare”, ha affermato Farha. “Ciò che apprezzo di questo lavoro sono le misurazioni dettagliate e attente di parametri complessi. Qualsiasi meccanismo proposto deve spiegare queste intricate osservazioni.”

I ricercatori in passato si sono concentrati sugli ioni carbonato e fosfato per facilitare la cattura delle oscillazioni di umidità e hanno formulato ipotesi specifiche relative al motivo per cui questi ioni specifici sono efficaci. Ma il team di Dravid voleva testare una gamma più ampia di ioni per vedere quali fossero i più efficaci. Nel complesso, hanno scoperto che gli ioni con la valenza più alta – principalmente fosfati – erano più efficaci e hanno iniziato a scorrere un elenco di ioni polivalenti, escludendone alcuni, e trovando nuovi ioni che funzionassero per questa applicazione, inclusi silicato e borato.

Il team ritiene che gli esperimenti futuri, abbinati alla modellazione computazionale, aiuteranno a spiegare meglio perché alcuni ioni sono più efficaci di altri.

Esistono già aziende che lavorano per commercializzare la cattura diretta del carbonio atmosferico, utilizzando crediti di carbonio per incentivare le aziende a compensare le proprie emissioni. Molti stanno catturando il carbonio che sarebbe già stato catturato attraverso attività come pratiche agricole modificate, mentre questo approccio sequestra inequivocabilmente la CO₂ direttamente dall’atmosfera, dove potrebbe poi essere concentrato e infine immagazzinato o riutilizzato.

Il team di Dravid prevede di integrare tale CO₂ catturando materiali con la loro precedente piattaforma in spugna porosa, che è stata sviluppata per rimuovere le tossine ambientali tra cui petrolio, fosfati e microplastiche.

La ricerca sulla cattura diretta dell’anidride carbonica nell’aria è stata supportata dal Dipartimento dell’Energia (DOE-BES DE-SC0022332) e ha utilizzato le strutture SHyNE Resource, supportate dal programma NSF-NNCI (NSF ECCS-2025633).