I ricercatori del College of Science della Oregon State University hanno dimostrato il potenziale di un nanomateriale poco costoso per eliminare l'anidride carbonica dalle emissioni industriali.

I risultati, pubblicati su Cell Reports Physical Science , sono importanti perché il miglioramento dei metodi di cattura del carbonio è fondamentale per affrontare il cambiamento climatico, ha affermato Kyriakos Stylianou dell'OSU, che ha guidato lo studio.

L'anidride carbonica, un gas serra, deriva dalla combustione di combustibili fossili ed è una delle cause principali del riscaldamento climatico.

Impianti che filtrano il carbonio dall’aria stanno cominciando a sorgere in tutto il mondo – il più grande del mondo è stato inaugurato nel 2021 in Islanda – ma non sono pronti a incidere in modo significativo sul problema delle emissioni mondiali, osserva Stylianou. In un anno, l'impianto islandese è in grado di produrre una quantità di anidride carbonica equivalente alle emissioni annuali di circa 800 automobili.

Tuttavia, le tecnologie per mitigare l’anidride carbonica nel punto di ingresso nell’atmosfera, come una fabbrica, sono relativamente ben sviluppate. Una di queste tecnologie coinvolge nanomateriali noti come strutture metalliche organiche, o MOF, che possono intercettare le molecole di anidride carbonica attraverso l'adsorbimento mentre i gas di scarico si fanno strada attraverso le ciminiere.

"La cattura dell'anidride carbonica è fondamentale per raggiungere gli obiettivi di emissioni nette pari a zero", ha affermato Stylianou, assistente professore di chimica. "I MOF si sono rivelati molto promettenti per la cattura del carbonio grazie alla loro porosità e alla loro versatilità strutturale, ma sintetizzarli spesso significa utilizzare reagenti costosi sia dal punto di vista economico che ambientale, come sali di metalli pesanti e solventi tossici."

Inoltre, trattare la parte acquosa dei gas delle ciminiere complica notevolmente la rimozione del biossido di carbonio, ha affermato. Molti MOF che hanno dimostrato un potenziale di cattura del carbonio hanno perso la loro efficacia in condizioni umide. I gas di combustione possono essere essiccati, ha affermato Stylianou, ma ciò aggiunge una spesa significativa al processo di rimozione dell'anidride carbonica, sufficiente a renderlo non utilizzabile per applicazioni industriali.

"Quindi abbiamo cercato di elaborare un MOF per affrontare le varie limitazioni dei materiali attualmente utilizzati nella cattura del carbonio:costi elevati, scarsa selettività per il biossido di carbonio, bassa stabilità in condizioni umide e basse emissioni di CO₂ capacità di assorbimento", ha affermato.

I MOF sono materiali cristallini e porosi costituiti da ioni metallici caricati positivamente circondati da molecole organiche "linker" note come ligandi. Gli ioni metallici creano nodi che legano i bracci dei linker per formare una struttura ripetitiva che assomiglia a una gabbia; la struttura ha pori nanometrici che assorbono gas, simili a una spugna.

I MOF possono essere progettati con una varietà di componenti, che ne determinano le proprietà, e ci sono milioni di MOF possibili, ha detto Stylianou. Quasi 100.000 di essi sono stati sintetizzati dai ricercatori chimici e sono state previste le proprietà di un altro mezzo milione.

"In questo studio introduciamo un MOF composto da alluminio e un ligando facilmente disponibile, l'acido benzene-1,2,4,5-tetracarbossilico", ha detto Stylianou. "La sintesi del MOF avviene in acqua e richiede solo un paio d'ore. E il MOF ha pori con una dimensione paragonabile a quella della CO₂ molecole, il che significa che c'è uno spazio ristretto per incarcerare l'anidride carbonica."

Il MOF funziona bene in condizioni umide e preferisce anche l’anidride carbonica all’azoto, il che è importante perché gli ossidi di azoto sono un ingrediente dei gas di scarico. Senza questa selettività, il MOF potrebbe potenzialmente legarsi alle molecole sbagliate.

"Questo MOF è un candidato eccezionale per le applicazioni di cattura del carbonio post-combustione a umido", ha affermato Stylianou. "È conveniente con prestazioni di separazione eccezionali e può essere rigenerato e riutilizzato almeno tre volte con capacità di assorbimento paragonabili."

A questa ricerca hanno preso parte anche scienziati della Columbia University, del Pacific Northwest National Laboratory e della svizzera Chemspeed Technologies AG, così come i chimici dell'Oregon State Ryan Loughran, Tara Hurley e Andrzej Gładysiak.

Ulteriori informazioni: Ryan P. Loughran et al, Cattura di CO2 dai gas di combustione umidi utilizzando una struttura metallo-organica stabile in acqua ed economicamente vantaggiosa, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101470

Informazioni sul giornale: Cell Reports Scienze fisiche

Fornito da Oregon State University