Immagine in sezione trasversale al microscopio elettronico del nuovo materiale ibrido. È stato possibile produrre le piastrine di vetro in modo molto preciso e, interrotto da distanziali, per metterli uno sopra l'altro. Credito:Martin Rieß
I chimici dell'Università di Bayreuth hanno sviluppato un materiale che potrebbe dare un importante contributo alla protezione del clima e alla produzione industriale sostenibile. Con questo materiale, l'anidride carbonica (CO₂) gas serra può essere separata in modo specifico dai gas di scarico industriali, gas naturale, o biogas, e quindi resi disponibili per il riciclaggio. Il processo di separazione è sia efficiente dal punto di vista energetico che economico. Nel diario Cell Report Scienze fisiche i ricercatori presentano la struttura e la funzione del materiale.
Il Green Deal presentato dalla Commissione Europea nel 2019 prevede l'azzeramento delle emissioni nette di gas serra all'interno dell'UE entro il 2050. Ciò richiede processi innovativi in grado di separare e trattenere la CO 2 da gas di scarico e altre miscele di gas in modo che non venga rilasciato nell'atmosfera. Il materiale sviluppato a Bayreuth ha un vantaggio fondamentale rispetto ai precedenti processi di separazione:è in grado di rimuovere completamente la CO 2 da miscele di gas senza CO . chimicamente vincolante 2 .
Queste miscele di gas possono essere gas di scarico di impianti industriali, ma anche gas naturale o biogas. In tutti questi casi, CO 2 si accumula nelle cavità del materiale unicamente per interazione fisica. Da li, può essere rilasciato senza un grande dispendio di energia, da rendere nuovamente disponibile come risorsa per la produzione industriale. Quindi, il processo di separazione funziona, chimicamente parlando, secondo il principio dell'adsorbimento fisico. Come un capiente serbatoio di stoccaggio, il nuovo materiale può essere riempito e svuotato di anidride carbonica in modo efficiente dal punto di vista energetico. Nei laboratori di Bayreuth, è stato progettato in modo tale da separare solo la CO 2 e nessun altro gas dalle più svariate miscele di gas.
"Il nostro team di ricerca è riuscito a progettare un materiale che assolve a due compiti contemporaneamente. Da un lato, le interazioni fisiche con la CO 2 sono abbastanza forti da liberare e trattenere questo gas serra da una miscela di gas. D'altra parte, però, sono sufficientemente deboli da consentire il rilascio di CO 2 dal materiale con solo una piccola quantità di energia, " dice Martin Rieß M.Sc., primo autore della nuova pubblicazione e ricercatore di dottorato presso il gruppo di ricerca Inorganic Chemistry I dell'Università di Bayreuth.
Il nuovo materiale è un ibrido inorganico-organico. La base chimica è costituita da minerali argillosi costituiti da centinaia di singole piastrine di vetro. Questi sono spessi solo un nanometro ciascuno, e disposti precisamente uno sopra l'altro. Tra le singole lastre di vetro sono presenti molecole organiche che fungono da distanziatori. La loro forma e le proprietà chimiche sono state selezionate in modo che gli spazi dei pori creati siano adattati in modo ottimale per accumulare CO 2 . Solo le molecole di anidride carbonica possono penetrare nel sistema dei pori del materiale ed esservi trattenute. In contrasto, metano, azoto, e altri componenti dei gas di scarico devono rimanere all'esterno a causa delle dimensioni delle loro molecole. I ricercatori hanno utilizzato il cosiddetto effetto setaccio molecolare per aumentare la selettività del materiale per la CO 2 . Attualmente stanno lavorando allo sviluppo di un sistema a membrana basato su minerali argillosi, progettato per consentire il continuo, selettivo, ed efficiente dal punto di vista energetico la separazione della CO 2 da miscele di gas.
Lo sviluppo di un materiale ibrido su misura per la separazione e la fornitura di CO 2 è stato reso possibile grazie ad uno speciale sistema di misura allestito nei laboratori di Bayreuth che permette la determinazione precisa delle quantità di gas adsorbiti e della selettività del materiale adsorbente. Ciò ha permesso di riprodurre realisticamente i processi industriali. "Tutti i criteri rilevanti per la valutazione della CO . industriale 2 i processi di separazione sono stati completamente soddisfatti dal nostro materiale ibrido. Può essere prodotto in modo conveniente, e si propone di dare un importante contributo alla riduzione delle emissioni industriali di anidride carbonica, ma anche al trattamento di biogas e gas naturale acido, " dice Riess.
