L'articolo è pubblicato sulla rivista Environmental Science:Nano .

L'anidride carbonica nell'atmosfera terrestre è un fattore chiave del cambiamento climatico, con la combustione di combustibili fossili che rappresenta il 90% di tutta la CO₂ emissioni. Le nuove normative EPA introdotte ad aprile richiedono che gli impianti a combustibili fossili riducano le emissioni di gas serra del 90% entro il 2039.

Molti ricercatori sostengono che immagazzinare quella CO₂ sarebbe uno spreco quando il carbonio è necessario per produrre molti prodotti da cui dipendiamo quotidianamente, come abbigliamento, profumi, carburante per aerei, cemento e plastica. Ma riciclare CO₂ in genere richiede che venga separato dagli altri gas, un processo con un prezzo che può essere proibitivo.

Ora, nuovi tipi di elettrodi, potenziati con un rivestimento di batteri, possono saltare questo passaggio. Mentre gli elettrodi metallici convenzionali reagiscono con lo zolfo, l'ossigeno e altri componenti dell'aria e dei gas di scarico, i batteri sembrano meno sensibili ad essi.

"I microbi su questi elettrodi, o biocatalizzatori, possono utilizzare concentrazioni più piccole di CO₂ e sembrano più robusti in termini di gestione delle impurità rispetto agli elettrodi che utilizzano catalizzatori metallici," ha affermato Joshua Jack, assistente professore di ingegneria civile e ambientale alla UM e primo autore dell'articolo sulla copertina di Environmental Science Nano.

"Le piattaforme che utilizzano metalli sembrano essere molto più sensibili alle impurità e spesso necessitano di emissioni di CO₂ più elevate concentrazioni per lavorare. Quindi se volessi prendere CO₂ direttamente dalle emissioni delle centrali elettriche, il catalizzatore biotico potrebbe essere in grado di farlo con una pulizia minima di quel gas."

Perché CO₂ è una delle molecole più stabili, allontanare il carbonio dall'ossigeno richiede molta energia, fornita sotto forma di elettricità. Ad esempio, gli elettrodi metallici rimuovono uno degli atomi di ossigeno, producendo monossido di carbonio, che può essere utilizzato in ulteriori reazioni per produrre sostanze chimiche utili. Ma anche altre molecole possono reagire con quegli elettroni.

I microbi, al contrario, possono essere molto più mirati. Non solo lavorano insieme per rimuovere l'ossigeno, ma, con l'aiuto degli elettroni forniti dall'elettrodo, iniziano anche a trasformare il carbonio in molecole più complesse.

Per valutare il potenziale risparmio sui costi derivante dall'utilizzo di biocatalizzatori per saltare la fase di separazione del gas, il team di Jack ha analizzato i dati di studi precedenti, stabilendo tassi di efficienza per la conversione di diversi gas di scarico contenenti CO₂ . Hanno poi utilizzato tali dati per valutare l’impronta di carbonio e i costi di produzione di varie emissioni di CO₂ -prodotti derivati.

I risultati hanno mostrato che si utilizza elettricità rinnovabile, come le celle solari, con una concentrazione di CO₂ senza separazione del gas, consente di ottenere l'impronta di carbonio più bassa e prodotti più competitivi in ​​termini di costi.

Ma questo scenario ideale è possibile solo con CO₂ particolarmente pulita e concentrata fonti, come la fermentazione negli impianti di bioetanolo. Separazione di CO₂ dai gas di combustione nelle operazioni di combustione di combustibili fossili può costare da $ 40 a $ 100 per tonnellata di CO₂ . E per fonti eccezionalmente diluite come l'aria normale, il costo può raggiungere dai 300 ai 1.000 dollari a tonnellata.

L'analisi ha dimostrato che utilizzando direttamente i gas di scarico o l'aria, si ricicla la CO₂ da fonti diluite potrebbero diventare economicamente sostenibili.

"La nostra speranza è accelerare la scalabilità della CO₂ tecnologie di conversione per mitigare il cambiamento climatico e migliorare la circolarità del carbonio", ha affermato Jack. "Vogliamo decarbonizzare rapidamente l'energia e ora anche l'industria chimica, in un arco di tempo molto più rapido."