Immagine di microcapsule in grado di catturare l'anidride carbonica dagli scarichi delle centrali elettriche. Credito:John Vericella al Lawrence Livermore National Laboratory
Sebbene l'uso di energia rinnovabile sia in aumento, carbone e gas naturale rappresentano ancora la maggior parte dell'approvvigionamento energetico degli Stati Uniti. Anche con i controlli sull'inquinamento, bruciare questi combustibili fossili per produrre energia rilascia un'enorme quantità di anidride carbonica nell'atmosfera:solo negli Stati Uniti, carbone e gas naturale hanno contribuito 1, 713 milioni di tonnellate di CO 2 , o il 98 percento di tutta la CO 2 emissioni del settore elettrico nel 2017.1 Nel tentativo di mitigare questi effetti, i ricercatori stanno cercando modi convenienti per catturare l'anidride carbonica dagli scarichi delle centrali elettriche.
La ricerca condotta dall'Università di Pittsburgh e dal Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilizza la tecnologia delle microcapsule che può rendere più economica la cattura del carbonio post-combustione, più sicuro, e più efficiente.
"Il nostro approccio è molto diverso dal metodo tradizionale di catturare l'anidride carbonica in una centrale elettrica, " disse Katherine Hornbostel, assistente professore di ingegneria meccanica presso la Swanson School of Engineering di Pitt. "Invece di far scorrere un solvente chimico lungo una torre (come l'acqua in una cascata), stiamo mettendo il solvente in minuscole microcapsule."
Simile a contenere una medicina liquida in una pillola, la microincapsulazione è un processo in cui i liquidi sono circondati da un rivestimento solido.
"Nel nostro progetto proposto di un reattore di cattura del carbonio, imballiamo un mucchio di microcapsule in un contenitore e facciamo passare il gas di scarico della centrale elettrica attraverso di esso, " ha detto Hornbostel. "Il calore richiesto per i reattori convenzionali è alto, che si traduce in maggiori costi di esercizio dell'impianto. Il nostro progetto sarà una struttura più piccola e richiederà meno elettricità per funzionare, abbassando così i costi».
I progetti convenzionali utilizzano anche un solvente amminico duro che è costoso e può essere pericoloso per l'ambiente. Il design delle microcapsule creato da Hornbostel e dai suoi collaboratori presso LLNL utilizza una soluzione costituita da un comune oggetto domestico.
"Stiamo usando il bicarbonato di sodio sciolto in acqua come nostro solvente, " ha detto Hornbostel. "È più economico, meglio per l'ambiente, e più abbondanti dei solventi convenzionali. Il costo e l'abbondanza sono fattori critici quando si parla di reattori di 20 o più metri di larghezza installati in centinaia di centrali elettriche".
Hornbostel ha spiegato che le piccole dimensioni della microcapsula conferiscono al solvente un'ampia superficie per un dato volume. Questa elevata superficie fa sì che il solvente assorba l'anidride carbonica più velocemente, il che significa che possono essere utilizzati solventi ad assorbimento più lento. "Questa è una buona notizia, "dice Hornbostel, "perché offre ai solventi più economici come la soluzione di bicarbonato di sodio una possibilità di combattere per competere con solventi più costosi e corrosivi".
"La tecnologia e il design delle nostre microcapsule proposti sono promettenti per la cattura del carbonio post-combustione perché aiutano a rendere più efficienti i solventi a reazione lenta, " ha affermato Hornbostel. "Riteniamo che il minor costo del solvente combinato con una struttura più piccola e costi operativi inferiori possa aiutare le centrali elettriche a carbone e gas naturale a mantenere i profitti a lungo termine senza danneggiare l'ambiente".
Hornbostel ha dettagliato il suo modello in un recente articolo in Energia applicata , "Modellazione di assorbitori a letto fluido e impaccato per la cattura del carbonio con soluzione di carbonato di sodio microincapsulato" (DOI:10.1016/j.apenergy.2018.11.027).
