Un nuovo sistema sviluppato da ingegneri chimici del MIT potrebbe fornire un modo per rimuovere continuamente l'anidride carbonica da un flusso di gas di scarico, o anche dall'aria. Il componente chiave è una membrana assistita elettrochimicamente la cui permeabilità al gas può essere attivata e disattivata a piacimento, non utilizzando parti in movimento e relativamente poca energia.

Le membrane stesse, in ossido di alluminio anodizzato, hanno una struttura a nido d'ape costituita da aperture esagonali che consentono alle molecole di gas di fluire dentro e fuori quando sono aperte. Però, il passaggio del gas può essere bloccato quando un sottile strato di metallo viene depositato elettricamente per coprire i pori della membrana. Il lavoro è descritto nella rivista Progressi scientifici , in un articolo del professor T. Alan Hatton, postdottorato Yayuan Liu, e altri quattro.

Questo nuovo meccanismo di "gas gating" potrebbe essere applicato alla rimozione continua di anidride carbonica da una serie di flussi di scarico industriali e dall'aria ambiente, dice la squadra. Hanno costruito un dispositivo di prova per mostrare questo processo in azione.

Il dispositivo utilizza un materiale che assorbe il carbonio attivo redox, racchiusa tra due membrane a gas commutabili. Il sorbente e le membrane di apertura sono in stretto contatto l'una con l'altra e sono immerse in un elettrolita organico per fornire un mezzo per lo spostamento degli ioni di zinco avanti e indietro. Queste due membrane di chiusura possono essere aperte o chiuse elettricamente invertendo la polarità di una tensione tra di loro, facendo sì che gli ioni di zinco si spostino da un lato all'altro. Gli ioni bloccano contemporaneamente un lato, formando una pellicola metallica su di esso, mentre apri l'altro, dissolvendo la sua pellicola.

Quando lo strato assorbente è aperto sul lato in cui scorrono i gas di scarico, il materiale assorbe facilmente anidride carbonica fino a raggiungere la sua capacità. La tensione può quindi essere commutata per bloccare il lato di alimentazione e aprire l'altro lato, dove viene rilasciato un flusso concentrato di anidride carbonica quasi pura.

Costruendo un sistema con sezioni alternate di membrana che operano in fasi opposte, il sistema consentirebbe il funzionamento continuo in un ambiente come una lavasciuga industriale. In qualsiasi momento, metà delle sezioni assorbirebbe il gas mentre l'altra metà lo rilascerebbe.

"Ciò significa che hai un flusso di alimentazione che entra nel sistema da un lato e il flusso del prodotto che esce dall'altro in un'operazione apparentemente continua, " dice Hatton. "Questo approccio evita molti problemi di processo" che sarebbero coinvolti in un sistema multicolonna tradizionale, in cui i letti di adsorbimento devono essere chiusi alternativamente, epurato, e poi rigenerato, prima di essere nuovamente esposto al gas di alimentazione per iniziare il successivo ciclo di adsorbimento. Nel nuovo sistema, le fasi di spurgo non sono necessarie, e i passaggi si verificano tutti in modo pulito all'interno dell'unità stessa.

L'innovazione chiave dei ricercatori è stata l'utilizzo della galvanica come un modo per aprire e chiudere i pori in un materiale. Lungo la strada il team aveva provato una varietà di altri approcci per chiudere in modo reversibile i pori in un materiale a membrana, come l'utilizzo di minuscole sfere magnetiche che potrebbero essere posizionate per bloccare aperture a forma di imbuto, ma questi altri metodi non si sono rivelati abbastanza efficienti. I film sottili di metallo possono essere particolarmente efficaci come barriere ai gas, e lo strato ultrasottile utilizzato nel nuovo sistema richiede una quantità minima di materiale di zinco, che è abbondante e poco costoso.

"Fa uno strato di rivestimento molto uniforme con una quantità minima di materiali, " dice Liu. Un vantaggio significativo del metodo galvanico è che una volta cambiata la condizione, sia in posizione aperta che chiusa, non richiede input di energia per mantenere quello stato. L'energia è necessaria solo per tornare indietro.

potenzialmente, tale sistema potrebbe dare un importante contributo al contenimento delle emissioni di gas serra nell'atmosfera, e persino la cattura diretta dell'anidride carbonica che è già stata emessa.

Mentre l'obiettivo iniziale del team era la sfida di separare l'anidride carbonica da un flusso di gas, il sistema potrebbe effettivamente essere adattato a un'ampia varietà di processi di separazione e purificazione chimica, dice Hatton.

"Siamo piuttosto entusiasti del meccanismo di gating. Penso che possiamo usarlo in una varietà di applicazioni, in diverse configurazioni, " dice. "Forse in dispositivi microfluidici, o forse potremmo usarlo per controllare la composizione del gas per una reazione chimica. Ci sono molte possibilità diverse".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.