Illustrazione astratta di atomi che passano attraverso l'acqua e una membrana elettrificata sotto un sole splendente. Credito:Meenesh Singh
Un team di ricercatori guidato da Meenesh Singh dell'Università dell'Illinois di Chicago ha scoperto un modo per convertire il 100% dell'anidride carbonica catturata dagli scarichi industriali in etilene, un elemento fondamentale per i prodotti in plastica.
I loro risultati sono pubblicati in Cell Reports Physical Science .
Mentre i ricercatori hanno esplorato la possibilità di convertire l'anidride carbonica in etilene per più di un decennio, l'approccio del team dell'UIC è il primo a ottenere un utilizzo quasi del 100% dell'anidride carbonica per produrre idrocarburi. Il loro sistema utilizza l'elettrolisi per trasformare il gas di anidride carbonica catturato in etilene ad alta purezza, con altri combustibili a base di carbonio e ossigeno come sottoprodotti.
Il processo può convertire fino a 6 tonnellate di anidride carbonica in 1 tonnellata di etilene, riciclando quasi tutta l'anidride carbonica catturata. Poiché il sistema funziona con elettricità, l'uso di energia rinnovabile può rendere il processo negativo al carbonio.
Secondo Singh, l'approccio del suo team supera l'obiettivo di zero emissioni nette di carbonio di altre tecnologie di cattura e conversione del carbonio, riducendo effettivamente la produzione totale di anidride carbonica dall'industria. "È un netto negativo", ha detto. "Per ogni tonnellata di etilene prodotta, stai assumendo 6 tonnellate di CO2 da sorgenti puntiformi che altrimenti verrebbero rilasciate nell'atmosfera."
I precedenti tentativi di convertire l'anidride carbonica in etilene si basavano su reattori che producono etilene all'interno del flusso di emissione di anidride carbonica sorgente. In questi casi, solo il 10% di CO2 le emissioni si convertono tipicamente in etilene. L'etilene deve essere successivamente separato dall'anidride carbonica in un processo ad alta intensità energetica che spesso coinvolge combustibili fossili.
Nell'approccio dell'UIC, una corrente elettrica viene fatta passare attraverso una cella, metà della quale è riempita con anidride carbonica catturata, l'altra metà con una soluzione a base di acqua. Un catalizzatore elettrificato attira atomi di idrogeno carichi dalle molecole d'acqua nell'altra metà dell'unità separata da una membrana, dove si combinano con atomi di carbonio carichi delle molecole di anidride carbonica per formare etilene.
Tra i prodotti chimici di fabbricazione mondiale, l'etilene è al terzo posto per emissioni di carbonio dopo l'ammoniaca e il cemento. L'etilene viene utilizzato non solo per creare prodotti in plastica per l'imballaggio, l'industria agricola e automobilistica, ma anche per produrre sostanze chimiche utilizzate negli antigelo, negli sterilizzatori medici e nei rivestimenti in vinile per le case.
L'etilene viene solitamente prodotto in un processo chiamato steam cracking che richiede enormi quantità di calore. Il cracking genera circa 1,5 tonnellate di emissioni di carbonio per tonnellata di etilene creata. In media, i produttori producono circa 160 milioni di tonnellate di etilene ogni anno, il che si traduce in oltre 260 milioni di tonnellate di emissioni di anidride carbonica in tutto il mondo.
Oltre all'etilene, gli scienziati dell'UIC sono stati in grado di produrre altri prodotti ricchi di carbonio utili all'industria con il loro approccio all'elettrolisi. Hanno anche ottenuto un'efficienza di conversione dell'energia solare molto elevata, convertendo il 10% dell'energia dai pannelli solari direttamente in produzione di prodotti in carbonio. Questo è ben al di sopra dello standard all'avanguardia del 2%. Per tutto l'etilene prodotto, l'efficienza di conversione dell'energia solare è stata di circa il 4%, approssimativamente la stessa velocità della fotosintesi. + Esplora ulteriormente
