CO2 globale le emissioni per il 2022 hanno raggiunto 36,1 gigatonnellate, e questo ha consumato il 13-36% del restante budget di carbonio per limitare il riscaldamento a 1,5°C, il che significa che le nostre emissioni consentite potrebbero essere esaurite entro due anni.
Le tecnologie di cattura diretta dell'aria (DAC) estraggono CO2 direttamente dall’atmosfera in qualsiasi luogo, ma la loro praticità è limitata dal maggiore fabbisogno energetico e dai costi complessivi. In particolare, la maggior parte dei sistemi basati su assorbenti solidi non possono funzionare bene in condizioni umide e hanno temperature di rigenerazione elevate o richiedono condizioni di vuoto.
Per superare queste sfide, abbiamo sviluppato idrogel sostenibili per la cattura del carbonio (SCCH) come materiale che cambia radicalmente la CO2 cattura con assorbimento elevato ed energia di rigenerazione eccezionalmente bassa (Figura 1). Lo studio è pubblicato sulla rivista Nano Letters .
A differenza di altri materiali assorbenti in cui l'acqua inerte porta ad una rigenerazione termica ad alta intensità energetica, l'acqua negli idrogel ha un'entalpia di evaporazione ridotta che può contribuire a ridurre l'energia di rigenerazione. L'SCCH è costituito da gomma konjac da biomassa a basso costo, cellulosa termoreattiva e polietilenimmina (PEI) uniformemente dispersa. Un altro vantaggio di questo SCCH è la sua struttura gerarchica unica. I pori su scala micro e nanometrica consentono la produzione di CO2 trasporto e facile accesso ai siti di ammine attive.
Prestazioni di cattura dell'anidride carbonica
Il vapore acqueo precatturato aumenta la CO2 legandosi con PEI, che porta a una capacità di cattura molto più elevata in condizioni umide (Figura 2, a sinistra). Inoltre, la CO2 catturata rilascia con una fornitura di energia bassa (Figura 2, a destra), che può essere ottenuta mediante un leggero riscaldamento elettrico o irradiazione solare senza vuoto, purché la temperatura raggiunga ~ 60°C. Ciò è favorito dalla ridotta entalpia di evaporazione dell'acqua negli idrogel idrofili e dalla termoreattività della cellulosa.
Evidenziamo anche un altro vantaggio del nostro SCCH, ovvero la facilità di preparazione. Il gel può essere realizzato con materiali disponibili in commercio, sciolto in acqua, versato in uno stampo e seguito da un processo di liofilizzazione. Questo è scalabile e durevole nell'aria ambiente, a vantaggio dell'applicazione pratica. Con una temperatura di rigenerazione così bassa, i nostri nuovi idrogel possono rappresentare una piattaforma di materiali rivoluzionaria per una gestione più sostenibile della qualità dell'aria e tecnologie DAC.
Questa storia fa parte di Science X Dialog, dove i ricercatori possono riportare i risultati dei loro articoli di ricerca pubblicati. Visita questa pagina per informazioni su ScienceX Dialog e su come partecipare.
Ulteriori informazioni: Youhong Guo et al, Idrogel scalabili derivati dalla biomassa per la cattura sostenibile dell'anidride carbonica, Nano lettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02157
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Youhong Guo è un postdoc presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del Massachusetts Institute of Technology, e lavora con il Prof. T. Alan Hatton. I suoi interessi di ricerca riguardano lo sviluppo di materiali polimerici per applicazioni nel campo della sostenibilità energetica e ambientale.
