Un componente chiave dei sistemi di cattura diretta dell'aria ambientale (DAC) che rimuovono l'anidride carbonica dall'aria è il materiale assorbente che viene utilizzato prima per catturare il carbonio e poi per rilasciarlo. Alcuni materiali assorbenti possono estrarre l'anidride carbonica dall'aria mentre scorre sul materiale. Quindi rilascia il carbonio quando viene applicata l'acqua. Mentre il materiale si asciuga di nuovo, assorbe carbonio, e così via.

Questa elegante funzione di materiali specifici è stata osservata per diversi anni da coloro che lavorano su sistemi DAC, come Klaus Lackner, un professore dell'Arizona State University presso la School of Sustainable Engineering and the Built Environment. Lackner ha sviluppato un sistema chiamato "MechanicalTree" che utilizza materiali assorbenti per rimuovere il carbonio dall'aria.

Ora, in un nuovo giornale all'inizio, edizione online di Joule , Lackner e i suoi colleghi spiegano esattamente come alcuni di questi materiali assorbenti catturano e rilasciano carbonio, una scoperta che potrebbe portare alla progettazione più intelligente di materiali assorbenti al centro di tutti i sistemi di rimozione del carbonio.

"Abbiamo sviluppato una migliore comprensione del meccanismo di oscillazione dell'umidità di questi assorbenti dimostrandolo in vari materiali e sviluppando strumenti e modelli computazionali che spiegano il concetto, " Ha detto Lackner. "Ora comprendiamo l'effetto che guida l'oscillazione dell'umidità, e questa intuizione aumenta la gamma di materiali che possono farlo."

Il documento descrive in dettaglio e su scala microscopica cosa succede al materiale assorbente quando è asciutto, si lega al carbonio nell'aria, e quando è bagnato, desorbe il carbonio. Il sistema è stato esaminato con simulazioni di meccanica quantistica e verificato in esperimenti.

"Questo concetto non è sorprendente per me perché ho giocato con questa roba per un decennio, ma il concetto di oscillazione dell'umidità è ancora molto nuovo e molto diverso da altri modi di caricare e scaricare un assorbente, " Ha spiegato Lackner. "Abbiamo scoperto questo fenomeno 14 anni fa, e per molto tempo è stato un mistero su come funzionasse. Ora sembra abbastanza ovvio".

Globale, Lackner ha aggiunto, "questo progresso apre le porte a più materiali candidati e a un design razionale. Molti di questi materiali sono molto più economici di quelli spesso usati come assorbenti".

Coautori dell'articolo "CO guidato dall'umidità ₂ assorbenti" sono Xiaoyang Shi, Hang Xiao e Xi Chen, della Columbia University di New York City; e Kohei Kanamori e Akio Yonezu, dell'Università Chuo di Tokyo. Oltre ad essere professore all'ASU, Lackner è il direttore del Center for Negative Carbon Emissions.

Lackner, un pioniere nel campo delle emissioni negative di carbonio, ha sviluppato un dispositivo, chiamato "albero meccanico" che si comporta come un albero ma è migliaia di volte più efficiente nella rimozione di CO ₂ dall'aria ambiente. L'albero meccanico, che viene commercializzato da Silicon Kingdom Holdings, Dublino, Irlanda, consente il sequestro o la vendita del gas catturato per il riutilizzo in una varietà di applicazioni, come combustibili sintetici, maggiore recupero dell'olio o negli alimenti, industrie delle bevande e dell'agricoltura.

I materiali assorbenti per catturare il carbonio sono al centro del dispositivo di Lackner.

A differenza di altre tecnologie di cattura del carbonio, La tecnologia di SKH può rimuovere la CO ₂ dall'atmosfera senza la necessità di aspirare aria attraverso il sistema meccanicamente utilizzando dispositivi ad alta intensità energetica. Anziché, la tecnologia utilizza il vento per soffiare aria attraverso il sistema. Questo lo rende passivo, soluzione relativamente a basso costo e scalabile che è commercialmente fattibile. Se distribuito su larga scala, la tecnologia potrebbe portare a riduzioni significative dei livelli di CO ₂ nell'atmosfera terrestre, aiutando a combattere il riscaldamento globale.

L'anidride carbonica è un inodore, gas incolore che è un sottoprodotto della combustione di combustibili fossili e altri processi naturali. Gli esseri umani rilasciano più di 36 miliardi di tonnellate di CO ₂ nell'atmosfera ogni anno, cambiando in modo significativo il ciclo naturale del carbonio della Terra. L'eccesso di carbonio intrappola il calore e provoca il riscaldamento globale.

Il MechanicalTree è una nuova geometria che è agnostica alla direzione del vento e può funzionare con il giusto assorbente per ogni posizione. Ogni "Albero" contiene una pila di dischi pieni di assorbente. Quando la colonna ad albero è completamente estesa e i dischi si allargano, il flusso d'aria entra in contatto con le superfici del disco e la CO ₂ si lega. Per la rigenerazione, i dischi vengono calati all'interno del contenitore inferiore. All'interno di questa camera, il CO ₂ viene rilasciato dal assorbente. Il gas rilasciato viene quindi raccolto, purificato, trattati e adibiti ad altri usi, mentre i dischi vengono ridistribuiti per catturare più CO ₂ .