Roma – Un nuovo materiale per favorire la cattura delle emissioni industriali inquinanti. È questo il risultato di un nuovo studio pubblicato su Energy & Fuels. Le emissioni industriali sono una delle principali fonti di anidride carbonica (CO2) che induce il cambiamento climatico. Mentre l’adozione di alternative energetiche rinnovabili e pulite è un’opzione per mitigare queste emissioni di carbonio, la tecnologia di cattura del carbonio è un’altra soluzione per controllare le emissioni di CO2. Nelle grandi industrie che emettono CO2, come quelle del cemento, le raffinerie di petrolio e le centrali termoelettriche, la tecnologia di cattura del carbonio può essere facilmente applicata per rimuovere le emissioni di CO2 direttamente alla fonte a un costo fattibile e con un basso consumo energetico. Sono stati esplorati diversi materiali per la cattura di CO2 nelle fabbriche, tra cui zeoliti, strutture metallo-organiche, minerali naturali, alcali e sali di metalli alcalini. Tra questi, i carbonati di metalli alcalini, come il carbonato di sodio (Na2CO3), sono considerati materiali efficaci ed economici con proprietà stabili e facile reperimento. Teoricamente, Na2CO3 ha una discreta capacità di cattura della CO2 e può essere facilmente rigenerato per usi successivi. Tuttavia, l’applicazione diretta di Na2CO3 per catturare la CO2 provoca l’agglomerazione dei cristalli, con conseguente scarsa efficienza e minore longevità. Questo problema può essere eliminato utilizzando uno scheletro di carbonio per Na2CO3. I materiali porosi in carbonio con buona connettività dei pori forniscono bassa densità, stabilità strutturale, idrofobicità e un’ampia area superficiale che può stabilizzare Na2CO3. Studi precedenti riportano che i nanocompositi Na2CO3-carbonio hanno una capacità di cattura della CO2 di 5,2 mmol/g. Tuttavia, questi studi non esaminano l’effetto delle temperature di carbonizzazione sulle prestazioni complessive del materiale. Pertanto, nel nuovo studio pubblicato su Energy & Fuels, il professor Hirofumi Kanoh e Bo Zhang della Graduate School of Science, Chiba University, hanno sintetizzato un materiale ibrido di cattura della CO2 costituito da Na2CO3 avvolto con nanocarbonio poroso. Hanno ulteriormente valutato la sua efficienza di cattura e rigenerazione della CO2 a diverse temperature di carbonizzazione. Gli ibridi Na2CO3-carbonio (NaCH) sono stati derivati dalla carbonizzazione del tereftalato disodico a temperature comprese tra 873 K e 973 K in presenza di azoto come gas protettivo. “Ridurre le emissioni di CO2 è una questione urgente, ma la ricerca sui metodi e sui sistemi di materiali per la cattura della CO2 è ancora carente. Questo sistema ibrido Na2CO3-carbonio si è dimostrato promettente nelle nostre indagini iniziali, spingendoci a esplorarlo ulteriormente”, afferma il prof. Kanoh. Il team ha misurato la capacità di cattura della CO2 dei materiali ibridi in condizioni di umidità per imitare le condizioni dei gas di scarico dei rifiuti di fabbrica. Hanno scoperto che gli ibridi NaCH preparati a temperature di carbonizzazione vicine a 913–943 K hanno dimostrato capacità di cattura della CO2 più elevate. Tra questi, NaCH-923 aveva la più alta capacità di cattura della CO2 di 6,25 mmol/g e un elevato contenuto di carbonio di oltre il 40 per cento, che ha portato a una maggiore area superficiale, consentendo una distribuzione più uniforme di Na2CO3 sulla superficie del nanocarbonio. Ciò ha ridotto il tasso di agglomerazione dei cristalli di Na2CO3 e ha portato a velocità di reazione più rapide. Dopo che NaCH-923 ha catturato efficacemente la CO2, gli scienziati hanno nuovamente riscaldato il NaCH-923-CO2 risultante in presenza di azoto per testarne le prestazioni di rigenerazione. Hanno scoperto che NaCH-923 poteva essere rigenerato e utilizzato per la cattura della CO2 per 10 cicli, mantenendo oltre il 95% della sua capacità iniziale di cattura della CO2. Questi risultati indicano che NaCH-923 mostra una buona resistenza strutturale, durevolezza e rigenerazione, il che lo rende un materiale eccellente per la cattura della CO2 in condizioni di umidità. Ulteriori esperimenti sul NaCH-923-CO2 hanno mostrato che il campione ha subito un brusco cambiamento di massa a 326-373 K (circa 80 °C in media). Poiché anche la temperatura dei gas di scarico delle centrali termoelettriche è tipicamente in quell’intervallo, il calore di scarto delle fabbriche e delle centrali elettriche può essere facilmente utilizzato come fonte di calore per rigenerare il NaCH-923, riducendo così efficacemente il consumo di energia. (30science.com)
