I ricercatori dell'Università di Alberta hanno sviluppato tecniche che consentono di risparmiare una notevole quantità di tempo nello sviluppo di tecnologie di cattura del carbonio più efficienti, che possono aiutare a ridurre i costi di utilizzo delle tecnologie e ad aumentarne l'adozione come mezzo per mitigare le emissioni di anidride carbonica.

Il professore di ingegneria della U of A Arvind Rajendran e il suo team hanno sviluppato un processo di screening in due fasi che valuta i materiali di cattura del carbonio chiamati zeoliti in pochi secondi anziché in un giorno.

Le zeoliti funzionano adsorbendo, fondamentalmente aderendo a molecole di anidride carbonica, simile al modo in cui gli odori possono essere catturati dai filtri a carbone nei nostri frigoriferi. Nei sistemi di cattura del carbonio, lo scarico "fumi gas" emesso da una centrale elettrica può essere fatto passare attraverso le zeoliti, intrappolando la CO2 prima che entri nell'atmosfera. Teoricamente, milioni di diversi tipi di materiali possono adsorbire CO2, ma per essere efficiente come parte di un processo industriale, una molecola deve aderire alla CO2 e rilasciarla anche a comando quando l'anidride carbonica deve essere intrappolata o utilizzata.

Però, non tutte le zeoliti sono uguali, Il team di Rajendran spiega, alcuni sono molto più bravi di altri ad attenersi e rilasciare CO2.

Il gruppo, compreso il laureato magistrale Vishal Subramanian Balashankar, valutato 120, 000 zeoliti ed è stato in grado di ridurle a sole 7, 000, che potrebbe quindi essere ridotto a due dozzine di buoni obiettivi utilizzando metodi tradizionali. Uno di questi materiali sembra essere un miglioramento significativo rispetto all'attuale materiale standard, zeolite-13x, con conseguente consumo energetico più efficiente del 17%.

Il secondo strumento, creato insieme ai professori di ingegneria della U of A Vinay Prasad e Zukui Li, e gli studenti laureati Kasturi Nagesh Pai e Gokul Subraveti, hanno utilizzato informazioni note sulle molecole che catturano il carbonio per prevedere il comportamento e le prestazioni in un sistema reale.

L'utilizzo di un algoritmo di apprendimento automatico elimina la necessità di simulare le prestazioni di ciascuna molecola, diminuendo il carico computazionale di un fattore 10 senza perdere in precisione, ha notato Rajendran.

Le tecnologie di cattura del carbonio possono impedire alle centrali elettriche di carbone e gas naturale di emettere anidride carbonica, ma attualmente costano così tanto da installare e far funzionare che le compagnie elettriche sono riluttanti a usarle, Ha aggiunto.

"Il nostro ruolo è fornire questi strumenti per aiutare i chimici a trovare molecole migliori, e la nostra esperienza è progettare processi che utilizzano le molecole per catturare il carbonio, " ha spiegato Rajendran.

Trovare i materiali perfetti che si adattano a questa zona di riccioli d'oro è sempre stata una sfida, ma i nuovi strumenti di apprendimento automatico del gruppo stanno indicando ai ricercatori nuovi materiali praticabili per la cattura del carbonio, risparmiando mesi persi in vicoli ciechi o lavorando su materiali inefficienti. Stanno anche aiutando gli ingegneri a capire quale progetto di cattura del carbonio sarebbe più efficiente.

Se gli adsorbenti sono come i filtri a carbone per frigoriferi, l'apprendimento automatico sta aiutando i ricercatori a capire quali marchi sono più efficaci nell'intrappolare gli odori, e come la loro integrazione nel frigorifero può cambiarne l'effetto.

Il processo tradizionale di prendere queste decisioni era lento, basandosi su un lavoro laborioso e ampie simulazioni al computer. Ogni possibile molecola e ogni potenziale progetto di sistema dovevano essere simulati individualmente, richiedono una straordinaria potenza di calcolo.

"Il punto è trovare rapidamente molecole e sistemi che riducano il costo della cattura del carbonio, per portarlo ben al di sotto della carbon tax in modo che venga effettivamente adottato, " ha detto Rajendran.

Le tecniche, recentemente pubblicato in Chimica e ingegneria sostenibili ACS e Ricerca chimica industriale e ingegneristica , può essere adattato per accelerare le scoperte su altri tipi di materiali e processi legati ai cambiamenti climatici e alla separazione dei gas industriali, compreso l'upgrading del metano e la purificazione dell'ossigeno, argomenti che il gruppo di ricerca sta attualmente studiando.

"Servono fonti di energia rinnovabili, ma avremo questi sistemi di idrocarburi per gli anni a venire, " ha detto. "Questa tecnologia può fermare le emissioni ora, e farci guadagnare tempo per completare la transizione".