I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnologia a membrana che consente una rimozione più efficiente dell'anidride carbonica (CO₂ ) da gas misti, come le emissioni delle centrali elettriche.

"Per dimostrare la capacità delle nostre nuove membrane, abbiamo esaminato miscele di CO₂ e azoto, perché CO₂ Le miscele di biossido di azoto sono particolarmente rilevanti nel contesto della riduzione delle emissioni di gas serra delle centrali elettriche", afferma Rich Spontak, co-autore corrispondente di un articolo sul lavoro. "E abbiamo dimostrato che possiamo migliorare notevolmente la selettività delle membrane per rimuovere CO₂ pur mantenendo una CO₂ relativamente alta permeabilità."

"Abbiamo anche esaminato le miscele di CO₂ e metano, che è importante per l'industria del gas naturale", afferma Spontak, illustre professore di ingegneria chimica e biomolecolare e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la North Carolina State University. "Inoltre, questi CO_{2 -le membrane filtranti possono essere utilizzate in qualsiasi situazione in cui sia necessario rimuovere CO2 da gas misti, che si tratti di un'applicazione biomedica o di lavaggio con CO2 dall'aria in un sottomarino."}

Le membrane sono una tecnologia interessante per la rimozione di CO₂ da gas misti perché non occupano molto spazio fisico, possono essere realizzati in un'ampia varietà di dimensioni e possono essere facilmente sostituiti. L'altra tecnologia che viene spesso utilizzata per CO₂ la rimozione è l'assorbimento chimico, che comporta il gorgogliamento di gas misti attraverso una colonna che contiene un'ammina liquida, che rimuove CO₂ dal gas. Tuttavia, le tecnologie di assorbimento hanno un'impronta significativamente maggiore e le ammine liquide tendono ad essere tossiche e corrosive.

Questi filtri a membrana funzionano consentendo CO₂ passare attraverso la membrana più rapidamente rispetto agli altri costituenti del gas misto. Di conseguenza, il gas che esce dall'altro lato della membrana ha una proporzione maggiore di CO₂ rispetto al gas che entra nella membrana. Catturando il gas che esce dalla membrana, catturi più CO₂ rispetto agli altri gas costituenti.

Una sfida di lunga data per tali membrane è stata un compromesso tra permeabilità e selettività. Maggiore è la permeabilità, più rapidamente è possibile spostare il gas attraverso la membrana. Ma quando la permeabilità aumenta, la selettività diminuisce, il che significa che anche l'azoto, o altri costituenti, passano rapidamente attraverso la membrana, riducendo il rapporto di CO₂ ad altri gas nella miscela. In altre parole, quando la selettività diminuisce, catturi relativamente meno CO₂ .

Il team di ricerca, dagli Stati Uniti e dalla Norvegia, ha affrontato questo problema coltivando catene polimeriche chimicamente attive che sono sia idrofile che CO₂ -filico sulla superficie delle membrane esistenti. Ciò aumenta il CO₂ selettività e provoca una riduzione relativamente piccola della permeabilità.

"In breve, con pochi cambiamenti nella permeabilità, abbiamo dimostrato che possiamo aumentare la selettività fino a circa 150 volte", afferma Marius Sandru, co-autore corrispondente dell'articolo e ricercatore senior presso SINTEF Industry, una ricerca indipendente organizzazione in Norvegia. "Quindi stiamo catturando molta più CO₂ , rispetto alle altre specie in miscele di gas."

Un'altra sfida per la membrana CO₂ filtri è stato un costo. Più efficaci erano le precedenti tecnologie a membrana, più costose tendevano ad essere.

"Poiché volevamo creare una tecnologia che fosse commercialmente valida, la nostra tecnologia è iniziata con membrane che sono già ampiamente utilizzate", afferma Spontak. "Abbiamo quindi progettato la superficie di queste membrane per migliorare la selettività. E sebbene ciò aumenti i costi, riteniamo che le membrane modificate saranno comunque convenienti".

"I nostri prossimi passi consistono nel vedere fino a che punto le tecniche che abbiamo sviluppato qui potrebbero essere applicate ad altri polimeri per ottenere risultati comparabili, o addirittura superiori, e per migliorare il processo di nanofabbricazione", afferma Sandru. "Onestamente, anche se i risultati qui sono stati a dir poco entusiasmanti, non abbiamo ancora cercato di ottimizzare questo processo di modifica. Il nostro documento riporta risultati di prova".

I ricercatori sono anche interessati a esplorare altre applicazioni, ad esempio se la nuova tecnologia a membrana potrebbe essere utilizzata in dispositivi di ventilazione biomedici o dispositivi di filtrazione nel settore dell'acquacoltura.

I ricercatori affermano di essere aperti a lavorare con i partner del settore per esplorare qualsiasi di queste domande o opportunità per aiutare a mitigare il cambiamento climatico globale e migliorare il funzionamento del dispositivo.

L'articolo è pubblicato sulla rivista Scienza . + Esplora ulteriormente

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