Geonhui Lee, Candidato al dottorato, aziona un elettrolizzatore in grado di trasformare il carbonato disciolto in CO2 e quindi in syngas. Il dispositivo offre un nuovo, percorso più breve per convertire il carbonio atmosferico in prodotti di valore commerciale. Credito:Marit Mitchell
Un team di ricerca di U of T Engineering ha sviluppato un nuovo percorso elettrochimico per trasformare la CO 2 in prodotti di valore come carburante per aerei o plastica. La tecnologia potrebbe migliorare significativamente l'economia della cattura e del riciclaggio del carbonio direttamente dall'aria.
"Oggi, è tecnicamente possibile catturare CO 2 dall'aria e, attraverso una serie di passaggi, convertirlo in prodotti commerciali, " afferma il professor Ted Sargent che ha guidato il gruppo di ricerca. "La sfida è che ci vuole molta energia per farlo, che aumenta il costo e riduce l'incentivo. La nostra strategia aumenta l'efficienza energetica complessiva evitando alcune delle perdite più energivore".
La cattura diretta del carbonio nell'aria è una tecnologia emergente in base alla quale le aziende mirano a produrre combustibili o materie plastiche dal carbonio già presente nell'atmosfera, piuttosto che dai combustibili fossili. società canadese Carbon Engineering, che ha realizzato un impianto pilota a Squamish, AVANTI CRISTO., cattura CO 2 forzando l'aria attraverso una soluzione liquida alcalina. il CO 2 si scioglie nel liquido, formando una sostanza chiamata carbonato.
Per essere completamente riciclato, il carbonato disciolto viene normalmente riconvertito in CO 2 gas, e poi in mattoni chimici che costituiscono la base di combustibili e materie plastiche. Un modo per farlo è aggiungere sostanze chimiche che convertono il carbonato in un sale solido. Questa polvere di sale viene quindi riscaldata a temperature superiori a 900 C per produrre CO 2 gas che può subire ulteriori trasformazioni. L'energia necessaria per questo riscaldamento fa aumentare il costo dei prodotti risultanti.
Il metodo alternativo del team di U of T Engineering applica un elettrolizzatore, un dispositivo che utilizza l'elettricità per guidare una reazione chimica. Avendo precedentemente utilizzato elettrolizzatori per produrre idrogeno dall'acqua, si resero conto che potevano essere utilizzati anche per riconvertire il carbonato disciolto direttamente in CO 2 , saltando completamente la fase di riscaldamento intermedio.
"Abbiamo usato una membrana bipolare, un nuovo design dell'elettrolizzatore che è ottimo per generare protoni, "dice Geonhui Lee, che insieme al borsista post-dottorato Y. Chris Li è tra gli autori principali di un nuovo articolo in ACS Energy Letters che descrive la tecnica. "Questi protoni erano esattamente ciò di cui avevamo bisogno per riconvertire il carbonato in CO 2 gas."
Il loro elettrolizzatore contiene anche un catalizzatore a base d'argento che converte immediatamente la CO 2 prodotto in una miscela di gas nota come syngas. Syngas è una materia prima chimica comune per il consolidato processo Fischer-Tropsch, e può essere facilmente trasformato in un'ampia varietà di prodotti, compresi carburante per aerei e precursori di plastica.
"Questo è il primo processo noto che può andare dal carbonato al syngas in un unico passaggio, "dice Sargent.
Mentre molti tipi di elettrolizzatori sono stati utilizzati per convertire la CO 2 in blocchi chimici, nessuno di loro può trattare efficacemente il carbonato. Per di più, il fatto che CO 2 disciolto in un liquido si trasforma in carbonato così facilmente è un grosso problema per le tecnologie esistenti.
"Una volta che il CO 2 si trasforma in carbonato, diventa inaccessibile agli elettrolizzatori tradizionali, " dice Li. "Questo è parte del motivo per cui hanno bassi rendimenti e basse efficienze. Il nostro sistema è unico in quanto raggiunge il 100% di utilizzo del carbonio:nessun carbonio viene sprecato. Genera anche syngas come prodotto unico in uscita, minimizzando il costo della purificazione del prodotto."
Nel laboratorio, il team ha dimostrato la capacità di convertire il carbonato in syngas con un'efficienza energetica complessiva del 35%, e l'elettrolizzatore è rimasto stabile per più di sei giorni di funzionamento.
Sargent afferma che sarà necessario più lavoro per portare il processo ai livelli necessari per l'applicazione industriale, ma che lo studio di prova dimostra un percorso alternativo praticabile per la cattura e l'utilizzo del carbonio nell'aria diretta.
"Fa molto per rispondere alla domanda se sarà mai possibile utilizzare la CO . catturata dall'aria 2 in modo commercialmente convincente, " dice. "Questo è un passo fondamentale verso la chiusura del ciclo del carbonio".
