Quando gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) emettono anidride carbonica (CO2), viene rimosso dall'aria e pompato nello spazio. Una versione basata sulla Terra potrebbe aiutare a rimuovere le emissioni di gas serra dalla nostra atmosfera?

Al fine di limitare il riscaldamento globale a 1,5°C rispetto ai livelli preindustriali ed evitare alcuni degli impatti peggiori del cambiamento climatico, significa eliminare tutti i 42 miliardi di tonnellate di emissioni annue di CO2 entro il 2050.

Un modo per farlo è ridurre le emissioni. Un altro è progettare materiali in grado di rimuovere la CO2 che è già nell'atmosfera o prima che venga espulsa. Il problema è che nessuno ha ancora capito come farlo al meglio.

Il sistema di filtraggio dell'aria nello spazio ha ispirato il professor Stefano Brandani e il dott. Giulio Santori dell'Università di Edimburgo, UK, sviluppare un modo per catturare e concentrare la CO2 direttamente dall'atmosfera. Questa ambiziosa strategia – costruire un cosiddetto albero artificiale – vedrebbe la CO2 catturata per essere immagazzinata in grandi serbatoi sotterranei.

zeolite

La CO2 respirata dagli astronauti a bordo della ISS viene catturata utilizzando un minerale spugnoso chiamato zeolite, che ha piccoli pori per bloccare una molecola di CO2. Sulla stazione spaziale, le zeoliti svuotano la loro CO2 quando sono esposte al vuoto dello spazio.

Nell'ambito di un progetto denominato ACCA, Il dottor Santori sta hackerando il sistema in modo che funzioni sulla Terra. Questo è più impegnativo. "C'è molta più CO2 da catturare e le concentrazioni sono più diluite per cominciare sulla Terra, quindi è molto più energivoro, " ha spiegato. "La concentrazione iniziale di CO2 sulla ISS è di un ordine di grandezza superiore".

Il nuovo sistema funziona con una serie di letti di adsorbimento di zeolite. Ciascuno assorbe CO2, lo concentra un po' e lo rilascia quando riscaldato. "È come una spugna. Rigeneri il materiale usando il calore. Quando fa freddo, assorbe molta (di CO2), " ha detto il dottor Santori.

Questa CO2 si sposta quindi in un nuovo letto di adsorbimento, che spinge di nuovo le molecole di gas più vicine. Il gas viene quindi compresso di più ad ogni passaggio, senza la necessità di parti mobili come le pompe per vuoto. Le variazioni di temperatura sono il motore di questo processo. Il riscaldamento e il raffreddamento del materiale spugnoso provocano il rilascio del gas, e prendi di più.

Con cinque letti di zeoliti, svuotato con il calore - che potrebbe essere calore di scarto di un impianto industriale - e raffreddato a temperatura ambiente, La CO2 potrebbe essere catturata con una purezza superiore al 95%, con poca energia consumata.

"Se potessi catturare la CO2 dall'aria, questo ti permetterà di comprimerlo e di conservarlo in un vicino impianto geologico, " ha detto il dottor Santori, che crede che la cattura e lo stoccaggio del carbonio su larga scala sia la strategia ideale per ridurre la CO2 nell'atmosfera.

A lungo termine, le zeoliti potrebbero essere utilizzate in stazioni che potrebbero catturare la CO2 direttamente dall'aria, ma questo è molto lontano poiché la compressione della CO2 è solo una parte del problema. Poiché la CO2 è molto diluita nell'aria ambiente, sarebbero necessarie tecnologie come ventilatori giganti per risucchiarlo verso le stazioni senza spendere troppa energia o denaro – qualcosa che è ancora un ostacolo troppo alto per le tecnologie attuali. Il prof. Brandani ha detto:"Il problema è quanto costa e chi poi possiede la CO2".

Un'opzione a più breve termine consiste nel concentrarsi sull'eliminazione della CO2 dai gas di scarico prodotti dall'industria prima che venga rilasciata nell'atmosfera.

CO2 fuoriesce dalle centrali elettriche a combustibili fossili, ma anche industrie come l'acciaio e il cemento emettono molta CO2. Le reazioni chimiche necessarie per trasformare il calcare in cemento, Per esempio, liberarsi del gas CO2 e la sola produzione di cemento rilascia il 7% di tutte le emissioni globali di carbonio.

membrane

L'idea è quella di installare membrane che intrappolino la CO2, che può quindi essere concentrato e compresso per l'archiviazione. "Le membrane sono efficienti e possono risparmiare energia rispetto ad altri sistemi, " ha affermato il professor Marco Giacinti Baschetti dell'Università di Bologna, Italia.

Nelle strategie tradizionali utilizzate da industrie come le centrali a carbone, La CO2 viene catturata in liquidi speciali o strutture solide spugnose, ma questi devono poi essere riscaldati per rilasciare la CO2. Questo non è necessario con le membrane. Tutte le tecnologie esistenti, però, sono costosi. I materiali attuali delle membrane non sono abbastanza resistenti e non separano la CO2 abbastanza bene da essere economicamente ragionevoli.

Il Prof. Baschetti gestisce un progetto chiamato NANOMEMC ² che sta sviluppando diverse membrane per la cattura della CO2. A novembre, il team sta testando una nuova membrana in un cementificio Colacem in Italia.

Sviluppato da scienziati del progetto presso l'Università norvegese di scienza e tecnologia, la membrana è costituita da fibre cave, di circa un millimetro di spessore, e ricoperto da uno strato estremamente sottile di nanocellulosa e polimero miscelato con amminoacidi artificiali. La nanocellulosa, che è fatto di minuscole fibre di legno, permette alla CO2 di permeare, mentre blocca altri gas. L'amminoacido cattura la CO2 e la trascina attraverso la membrana.

"I cementifici generano CO2 dalla combustione e dalla produzione del cemento, quindi i loro fumi sono ricchi di CO2, " ha affermato il Prof. Baschetti. " Alimenteremo questo gas attraverso la nostra membrana per separare la CO2, ma ovviamente quando lo fai nell'industria, saranno presenti polvere e impurità. Vogliamo vedere se la nostra membrana può ancora funzionare correttamente con questo vero gas di combustione." La membrana sarà testata anche presso l'Università di Sheffield, UK.

Questo progetto non ha messo tutte le sue fiches su una membrana. "Abbiamo iniziato in laboratorio e abbiamo esaminato più di 60 tipi di membrane, " ha detto la Dott.ssa Maria-Chiara Ferrari, uno scienziato del progetto presso l'Università di Edimburgo, UK. Ci sono circa quattro candidati di membrana che aprono la strada che si basano sul trasporto facilitato:questo è quando una molecola portatrice aiuta ad agganciarsi alla CO2 e a trasportarla attraverso la membrana.

Anche se sembra promettente, la tecnologia è ancora in una fase molto precoce - e piccola. Le membrane realizzate finora in laboratorio stanno nel palmo di una mano, mentre le membrane di prova avranno le dimensioni di una pagina A4. "Un vero impianto completo avrà bisogno di centinaia di migliaia di metri quadrati e l'unità di separazione completa occuperà circa tre container in volume, " ha spiegato il dottor Ferrari.