La cattura del carbonio potrebbe aiutare le centrali a carbone della nazione a ridurre le emissioni di gas serra, tuttavia le sfide economiche sono parte del motivo per cui la tecnologia non è ampiamente utilizzata oggi. Ciò potrebbe cambiare se le centrali elettriche potessero trasformare il carbonio catturato in un prodotto utilizzabile.

Gli scienziati dell'Idaho National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno sviluppato un processo efficiente per trasformare l'anidride carbonica catturata in gas di sintesi, una miscela di H2 e CO che può essere utilizzata per produrre combustibili e prodotti chimici. Il team ha pubblicato i suoi risultati in chimica verde , una pubblicazione del Società Reale di Chimica .

Gli approcci tradizionali per riutilizzare il carbonio dalla CO2 comportano una fase di riduzione che richiede temperature e pressioni elevate. A temperature più basse, la CO2 non rimane disciolta in acqua abbastanza a lungo da essere utile. Il processo sviluppato all'INL affronta questa sfida utilizzando materiali liquidi specializzati che rendono la CO2 più solubile e consentono l'introduzione diretta del mezzo di cattura del carbonio in una cella per la conversione elettrochimica in syngas.

"Per la prima volta è stato dimostrato che il syngas può essere prodotto direttamente dalla CO2 catturata, eliminando la necessità di separazioni a valle, " hanno scritto i ricercatori nel documento Green Chemistry.

Il processo appena descritto utilizza solventi a polarità commutabile (SPS), materiali liquidi che possono cambiare polarità se esposti a un agente chimico. Questa proprietà consente di controllare quali molecole si dissolveranno nel solvente.

In una cella elettrochimica, l'ossidazione dell'acqua avviene sul lato dell'anodo, rilasciando gas O2 e ioni idrogeno che poi migrano attraverso una membrana verso il lato del catodo. Là, gli ioni idrogeno reagiscono con il bicarbonato (HCO3-, la forma in cui la CO2 viene catturata nell'SPS), consentendo il rilascio di CO2 per la riduzione elettrochimica e la formazione di syngas. Al rilascio di CO2, l'SPS riporta la polarità in una forma insolubile in acqua, consentendo il recupero e il riutilizzo dei mezzi di cattura del carbonio.

Luis Diaz Aldana, ricercatore principale dell'esperimento, e Tedd Lister, uno dei ricercatori, condurre ricerche elettrochimiche presso INL. Nel 2015, pranzando con i colleghi Eric Dufek e Aaron Wilson, hanno avuto l'idea di utilizzare solventi a polarità commutabile per trasformare la CO2 in syngas.

Il team ha ricevuto fondi per la ricerca e lo sviluppo diretti dal laboratorio nel 2017. Per quanto promettente fosse l'idea, nei primi esperimenti, veniva prodotto troppo idrogeno e non abbastanza syngas. I risultati sono migliorati quando il team ha introdotto un elettrolita di supporto per aumentare la conduttività ionica. L'aggiunta di solfato di potassio ha aumentato la conduttività dell'elettrolita del 47 percento, che ha permesso la produzione efficiente di syngas.

Quando il syngas può essere prodotto dalla CO2 catturata a densità di corrente significative, aumenta le possibilità di processo per l'applicazione industriale. A differenza di altri processi che richiedono alte temperature e alte pressioni, il processo basato su SPS ha mostrato i migliori risultati a 25 gradi C e 40 psi.

Il team di INL ha depositato un brevetto provvisorio e sta discutendo l'approccio con una società dell'area di Boston coinvolta nella ricerca e sviluppo di tecnologie elettrochimiche, ha detto Lister.

"Integra due aree che sono state su binari paralleli:cattura e sequestro del carbonio (CCS) e utilizzo di CO2, " ha detto Diaz Aldana. "Il problema con CCS è stata la sua fattibilità economica. Se riesci a ottenere un valore extra dalla CO2 che stai catturando, è un'altra storia".