L'eccesso di anidride carbonica industriale crea un'opportunità per convertire i rifiuti in un bene prezioso. L'eccesso di CO2 può essere una materia prima per sostanze chimiche tipicamente derivate da combustibili fossili, ma il processo è energivoro e costoso. Gli ingegneri chimici dell'Università dell'Illinois hanno valutato la fattibilità tecnica ed economica di una nuova tecnologia di elettrolisi che utilizza un sottoprodotto di biocarburanti a basso costo per ridurre il consumo energetico del processo di valorizzazione del 53%.

Le nuove scoperte sono pubblicate sulla rivista Energia della natura .

La conversione della CO2 in sostanze chimiche come l'etilene per la plastica è possibile attraverso un processo chiamato riduzione elettrochimica. Tipicamente, un flusso di gas CO2 e un elettrolita fluido si muovono attraverso una cella di elettrolisi che scompone la CO2 in molecole come l'etilene sul catodo, ma produce anche ossigeno dall'acqua sull'anodo, hanno detto i ricercatori.

"Circa il 90 percento dell'energia richiesta nella riduzione convenzionale di CO2 viene utilizzata dai produttori di ossigeno, lato anodo di una cella di elettrolisi, " ha detto Paul Kenis, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, presidente di dipartimento e co-autore dello studio. "Ma non c'è un grande mercato per l'eccesso di ossigeno, quindi il 90 percento dell'energia è essenzialmente sprecato."

Trovare un materiale per mangimi che riduca l'energia per guidare la reazione anodica potrebbe essere una strategia per ridurre radicalmente i requisiti energetici della conversione della CO2, secondo un recente National Academies Report di cui Kenis era coautore.

Il nuovo studio propone il glicerolo, un sottoprodotto organico della produzione di biocarburanti di canna da zucchero che richiede meno energia per ossidarsi, come alternativa alla fase di produzione di ossigeno ad alta intensità energetica.

Per verificare se la nuova tecnica di elettrolisi ha il potenziale per spingere l'intero processo di conversione della CO2 a un budget neutro o negativo, i ricercatori hanno esaminato il costo e il consumo di energia per il ciclo di produzione del processo di valorizzazione. Il ciclo in quattro fasi include la cattura del gas di scarico industriale CO2, l'apporto di energia elettrica, il nuovo

"Il nostro modello utilizza l'attuale configurazione della rete elettrica come fonte di elettricità per rendere lo scenario più realistico, "Ha detto Kenis. "Essere in grado di guidare la conversione della CO2 con infrastrutture già esistenti, e non fare affidamento sulla speranza che la futura rete sia alimentata al 100% da fonti rinnovabili, mentre raggiungere la neutralità o la negatività del carbonio potrebbe essere uno scenario del Santo Graal".

L'analisi include le emissioni di CO2 nel migliore e nel peggiore dei casi e gli scenari di consumo energetico e conclude che le prospettive di riduzione della CO2, in termini di emissioni di CO2 ed economia, può migliorare drasticamente guardando oltre le reazioni anodiche convenzionali.

"La reazione di elettrolisi a base di glicerolo mostra molte promesse. Tuttavia, continueremo ad esplorare altri materiali di scarto organici perché anche quando la produzione aumenta sulla scia dell'aumento della produzione di biocarburanti, non sarà ancora sufficiente per supportare pienamente il bisogno, " ha detto Kenis. "La buona notizia è che la chimica coinvolta è flessibile e ci sono molti prodotti di scarto organici che possono fare il lavoro".

Molti ricercatori si concentrano sul miglioramento della selettività e dell'attività dei catalizzatori chimici per le reazioni di riduzione della CO2, e quel lavoro deve continuare, disse Sumit Verma, un ex studente laureato in ingegneria chimica e biomolecolare e coautore di studi. "Guardare oltre l'evoluzione dell'ossigeno all'anodo sembra una situazione vantaggiosa per tutti, poiché non solo riduciamo il consumo energetico dei processi, ma produciamo anche un secondo flusso di prodotti di valore, " Egli ha detto.