Gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia hanno sviluppato un processo che rimuove la CO2 dalle emissioni delle centrali elettriche a carbone in un modo simile a come funziona la calce sodata nei rebreather per immersioni subacquee. La loro ricerca, pubblicato il 31 gennaio sulla rivista chimica , offre una strategia alternativa ma più semplice per la cattura del carbonio e richiede il 24% di energia in meno rispetto alle soluzioni di riferimento industriali.

La calce sodata è una miscela solida di colore biancastro di idrossidi di calcio e sodio utilizzata nei rebreather subacquei, sottomarini, anestesia, e altri ambienti chiusi di respirazione per prevenire l'accumulo velenoso di gas CO2. La miscela agisce come un assorbente (una sostanza che raccoglie altre molecole), trasformandosi in carbonato di calcio (calcare) mentre accumula CO2. Lo scrubber di CO2 del team ORNL funziona essenzialmente allo stesso modo per trattare i gas di scarico ricchi di CO2 rilasciati dalle centrali elettriche a carbone, sebbene l'avanzamento della tecnologia di cattura del carbonio non fosse sempre il loro obiettivo.

"Inizialmente ci siamo imbattuti in questa ricerca per caso, ", afferma l'autore senior Radu Custelcean, un ricercatore presso l'ORNL.

Custelcean e il suo team hanno recentemente "riscoperto" una classe di composti organici chiamati bis-iminoguanidine (BIG), che sono stati segnalati per la prima volta da scienziati tedeschi all'inizio del XX secolo e recentemente noti per la loro capacità di legare selettivamente gli anioni (ioni caricati negativamente). I membri del team si sono resi conto che la capacità dei composti di legare e separare gli anioni poteva essere applicata agli anioni bicarbonato, portandoli a sviluppare un ciclo di separazione della CO2 utilizzando una soluzione acquosa BIG. Con il loro metodo di cattura del carbonio, i fumi vengono fatti gorgogliare attraverso la soluzione, facendo sì che le molecole di CO2 si attacchino al BIG assorbente e si cristallizzino in una sorta di calcare organico. Questo solido può quindi essere filtrato dalla soluzione e riscaldato a 120 gradi C per rilasciare la CO2 in modo che possa essere inviato allo stoccaggio permanente. Il sorbente solido può quindi essere sciolto in acqua e riutilizzato nel processo a tempo indeterminato.

Le tecnologie di cattura del carbonio all'avanguardia presentano grossi difetti. Molti usano assorbenti liquidi, che evaporano o si decompongono nel tempo e richiedono che più del 60% dell'energia di rigenerazione venga spesa per riscaldare il sorbente. Poiché il loro approccio prevede la cattura della CO2 come sale di bicarbonato cristallizzato e il suo rilascio dallo stato solido invece di riscaldare un assorbente liquido, la tecnologia del team ORNL aggira questi problemi. La loro svolta sulla cattura del carbonio richiede il 24% di energia in meno rispetto ai sorbenti di riferimento industriali. Più, il team ha osservato quasi nessuna perdita di assorbente dopo dieci cicli consecutivi.

"Il vantaggio principale della nostra 'calce sodata organica' è che può essere rigenerata a temperature molto più basse e con un consumo di energia notevolmente inferiore rispetto agli scrubber inorganici, " dice Custelcean. "Si prevede che la minore energia richiesta per la rigenerazione ridurrà significativamente il costo della cattura del carbonio, il che è fondamentale considerando che ogni anno devono essere catturati miliardi di tonnellate di CO2 per avere un impatto misurabile sul clima".

Nonostante sia ancora agli inizi, Custelcean e il suo team ritengono che il processo alla fine sarà scalabile. Però, la tecnica ha un problema con cui fare i conti:la sua capacità di CO2 e il tasso di assorbimento relativamente bassi, che derivano dalla limitata solubilità del BIG sorbent in acqua.

"Attualmente stiamo affrontando questi problemi combinando il sorbente BIG con i sorbenti tradizionali, come gli amminoacidi, per aumentare la capacità e il tasso di assorbimento, ", afferma Custelcean. "Stiamo anche adeguando il processo in modo che possa essere applicato alla separazione della CO2 direttamente dall'atmosfera in modo efficiente dal punto di vista energetico ed economico".