I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto di poter filtrare l’anidride carbonica dall’aria e dalle miscele di gas, utilizzando un nuovo filtro a base tessile. Questo combina il tessuto di cotone con un enzima chiamato anidrasi carbonica, uno tra gli strumenti naturali per accelerare le reazioni chimiche.
I primi risultati
I risultati dei primi test di laboratorio rappresentano un passo avanti nello sviluppo di una possibile nuova tecnologia di cattura del carbonio che potrebbe ridurre le emissioni di anidride carbonica delle centrali elettriche a biomassa, carbone o gas naturale. Sebbene il filtro debba essere ingrandito in modo significativo, i ricercatori ritengono che il loro progetto renda questo passo più facile rispetto ad altre soluzioni avanzate.
“Con questa tecnologia vogliamo fermare le emissioni di anidride carbonica alla fonte, e le centrali elettriche sono la principale fonte di emissioni di anidride carbonica in questo momento”, ha detto l’autore principale dello studio Jialong Shen, borsista post-dottorato presso la NC State. “Pensiamo che il principale vantaggio del nostro metodo rispetto a ricerche analoghe sia che può essere facilmente scalato utilizzando impianti di produzione tessile tradizionali”.
L’enzima naturale anidrasi carbonica
Il fulcro del progetto per un filtro chimico a base tessile è l’enzima naturale anidrasi carbonica, in grado di accelerare la reazione in cui l’anidride carbonica e l’acqua si trasformano in bicarbonato, composto presente nel bicarbonato di sodio. L’enzima svolge un ruolo importante nel corpo umano: aiuta a trasportare l’anidride carbonica in modo che possa essere espirata.
“Abbiamo preso in prestito questo meraviglioso enzima nel nostro processo per accelerare l’assorbimento dell’anidride carbonica in una soluzione acquosa”, ha detto Shen.
La creazione del filtro
Per creare il filtro, i ricercatori hanno attaccato l’enzima a un tessuto di cotone a due strati, immergendolo in una soluzione contenente un materiale chiamato chitosano, che agisce come una colla. Il chitosano intrappola fisicamente l’enzima, facendolo aderire al tessuto.
I ricercatori hanno quindi condotto una serie di esperimenti per verificare la capacità del loro filtro di separare l’anidride carbonica da una miscela di anidride carbonica e azoto, simulando i livelli emessi dalle centrali elettriche. Hanno arrotolato il tessuto a spirale in modo da poterlo inserire in un tubo e hanno spinto il gas attraverso il tubo, insieme a una soluzione a base d’acqua. Una volta che l’anidride carbonica ha reagito con l’acqua della soluzione e con l’enzima, si è trasformata in bicarbonato. Successivamente, hanno catturato la soluzione di bicarbonato e l’hanno fatta uscire. Quando hanno spinto l’aria attraverso il filtro a una velocità di quattro litri al minuto, hanno potuto estrarre il 52,3% dell’anidride carbonica con un filtro a una pila e l’81,7% con un filtro a due pile.
Sebbene i risultati siano promettenti, è necessario testare il filtro con portate d’aria più veloci utilizzate nelle centrali elettriche commerciali. Per fare un confronto, un’operazione su scala reale dovrebbe trattare più di 10 milioni di litri di gas di scarico al minuto. I ricercatori stanno lavorando con dei collaboratori per effettuare test su scala maggiore e per confrontare la loro tecnologia con altre tecnologie comparabili in fase di studio.
“È una storia ancora in corso, ma abbiamo ottenuto alcuni risultati iniziali davvero entusiasmanti”, ha dichiarato la coautrice dello studio Sonja Salmon, professore associato di ingegneria tessile, chimica e scienze alla NC State. “Abbiamo fatto progressi molto significativi”.
Oltre a testare i tassi di cattura del carbonio dei filtri, i ricercatori hanno anche verificato il funzionamento del filtro dopo cinque cicli di lavaggio, asciugatura e stoccaggio. Hanno così scoperto che poteva mantenere un alto livello di prestazioni.
“L’enzima può essere mantenuto a una temperatura più bassa per molto tempo e sarà durevole”, ha detto Shen. “Il tessuto fornisce un supporto fisico e una struttura, offrendo al contempo un’ampia superficie per la reazione con l’anidride carbonica”.
La cattura dell’anidride carbonica
La cattura del carbonio è solo una parte del processo: il lavoro procede anche su come riciclare il liquido dopo la fuoriuscita dal filtro e sul processo di trasformazione del bicarbonato in anidride carbonica, in modo che possa essere immagazzinato e smaltito o utilizzato per altri scopi commerciali.
“Vogliamo rigenerare la soluzione idrica che usiamo con il filtro, in modo da poterla utilizzare più volte”, ha detto Salmon. “Questo aspetto del processo necessita di ulteriore lavoro, per rendere l’energia di rigenerazione del solvente la più bassa possibile”.
I ricercatori affermano che sono necessarie nuove tecnologie per la cattura del carbonio che richiedano meno energia rispetto alle tecnologie di cattura del carbonio attualmente in commercio, alcune delle quali vengono utilizzate solo per filtrare l’anidride carbonica e rilasciarla nuovamente nell’atmosfera. Sperano che il loro sistema di cattura dell’anidride carbonica possa contribuire a ridurne il costo per favorirne l’adozione.
“Ci sono molti modi diversi per catturare l’anidride carbonica”, ha detto Shen. “Lo standard attuale in ambito commerciale utilizza una reazione così veloce, così robusta e che lega così bene l’anidride carbonica, che non è facile farla uscire. È necessario utilizzare temperature molto elevate, il che comporta un notevole consumo di energia. Questo rende il processo più costoso”.
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