Rappresentazione schematica di una possibile futura stazione C2CNT che utilizza l'energia solare termica per convertire l'anidride carbonica dall'atmosfera in lana di nanotubi di carbonio. Credito:Johnson et al. ©2017 Elsevier Ltd
(Phys.org)—Quando la maggior parte delle persone sente il termine "CO 2 emissioni, " probabilmente pensano a diverse cose negative:gas serra, inquinante, cambiamento climatico, discordia politica, onere economico. Ma un team di ricercatori guidato da Stuart Licht, professore di chimica alla George Washington University, ha una visione per trasformare la CO 2 emissioni da un inquinante in una risorsa preziosa, il tutto realizzando un profitto netto potenzialmente elevato.
In un nuovo studio pubblicato su Materiali Oggi Energia , i ricercatori hanno dimostrato di poter utilizzare la CO 2 e l'energia solare termica per produrre alti rendimenti di lana di nanotubi di carbonio (CNT) di lunghezza millimetrica al costo di soli $ 660 per tonnellata. Il valore di mercato di lunghi CNT come questi, che possono essere intrecciati nei tessuti per produrre metalli, sostituti del cemento, e altri materiali:attualmente è di $ 100, 000-$ 400, 000 per tonnellata.
"Abbiamo introdotto una nuova classe di materiali chiamata 'Carbon Nanotube Wool, ' quali sono i primi CNT che possono essere tessuti direttamente in un panno, poiché sono di lunghezza macroscopica e sono economici da produrre, "Licht ha detto Phys.org . "L'unico reagente per produrre le lane CNT è l'anidride carbonica, un gas serra".
I ricercatori sperano che la nuova tecnologia, chiamato C2CNT (CO 2 ai CNT), offrirà un indiscutibile incentivo economico per rimuovere la CO . in eccesso 2 dall'atmosfera. Lo calcolano, se dovessero installare centrali solari termiche su una superficie pari al 4% del deserto del Sahara, potrebbero ridurre la CO 2 concentrazione dell'atmosfera torna ai livelli preindustriali in 10 anni. Notano che un'implementazione più realistica sarebbe quella di installare stazioni sugli oceani, dove c'è più superficie disponibile.
Il nuovo studio si basa sulla precedente ricerca degli scienziati che risale al 2010, quando hanno proposto per la prima volta l'idea di un processo elettrochimico solare termico (STEP), in cui l'energia solare viene utilizzata per alimentare una cella elettrolitica. Questa cellula cattura e si scompone, o elettrolizza, CO . atmosferica 2 in carbonio o monossido di carbonio e ossigeno. I sottoprodotti di carbonio possono quindi essere utilizzati per sintetizzare vari prodotti, come il metano, syngas, e ammoniaca. Sebbene utile, questi prodotti hanno un valore di circa $ 100 per tonnellata, e quindi non sono così preziosi come i CNT.
Sintetizzare CNT da CO 2 le emissioni si sono rivelate più impegnative, con alcune ricerche precedenti che suggeriscono che potrebbe essere impossibile produrre CNT mediante elettrolisi utilizzando carbonato di litio fuso, che è il composto utilizzato nel processo STEP per nucleare la crescita dei prodotti di carbonio. Però, nel 2015, Licht e il suo team hanno dimostrato per la prima volta la fattibilità dell'alto rendimento, scissione elettrolitica a basso consumo di CO 2 in CNT, che utilizza un meccanismo di crescita alternativo con carbonato di litio fuso.
Uno svantaggio di tale processo, però, è che i CNT che produce sono di dimensioni nanometriche (lunghezza inferiore a 100 micrometri), che è troppo corto per essere tessuto nei tessuti. Il risultato principale del nuovo studio è che i CNT sono 100 volte più lunghi, che si ottiene sostituendo i catodi in rame o acciaio sulla cella elettrolitica con Monel, un tipo di lega di nichel-rame. Effettuando questa modifica e regolando attentamente altri parametri, i ricercatori hanno prodotto CNT con diametri superiori a 1 micrometro e lunghezze superiori a 1 millimetro, che, fanno notare, solleva la questione se i CNT debbano essere effettivamente classificati come "nanomateriali". In ogni caso, i CNT simili alla lana sono abbastanza lunghi da essere tessuti in tessuti per varie applicazioni.
"Economico, le lane CNT intrecciate sono sostituti preferiti per le applicazioni convenzionali in acciaio e alluminio, grazie alla leggerezza della lana CNT, vantaggio forza-massa, " Licht ha detto. "Oltre ai tessuti, Le lane CNT servono come additivi preferiti per formulare cemento e ceramica resistenti a esplosioni e fratture. Altre applicazioni di più forte dell'acciaio, tessuti CNT altamente conduttivi sono tute CNT a prova di proiettile e tute a prova di taser."
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