Uno studio della Northwestern University ha identificato alcuni ottimi candidati per sostituire le resine polimeriche comunemente usate nella DAC basata sul differenziale dei cicli di umidità. Rendendo il processo più economico e scalabile
Rendere economica e scalabile la cattura diretta della CO2 dall’aria basata sul differenziale di umidità dell’atmosfera (moisture-swing). Sostituendo le membrane polimeriche a base di resine con materiali alternativi meno costosi e facili da reperire. Senza intaccare l’efficienza del processo di direct air capture.
È l’innovazione al centro di uno studio della Northwestern University pubblicato il 3 aprile sulla rivista Environmental Science & Technology.
Cattura diretta della CO2, rendere economica la DAC con moisture-swing
La cattura diretta dell’anidride carbonica dall’aria (DAC, Direct Air Capture) rappresenta una delle tecnologie più promettenti per ridurre le concentrazioni di CO2 in atmosfera, soprattutto nei settori più difficili da decarbonizzare come agricoltura, aviazione e industria pesante. Ma costi elevati e complessità tecnica hanno finora limitato la diffusione su larga scala di queste soluzioni.
Il gruppo di ricercatori dell’ateneo statunitense ha testato l’efficacia nel sequestro di CO2 dall’aria di materiali alternativi più abbondanti e meno costosi rispetto a quelli attualmente utilizzati. Mantenendo – o addirittura migliorando – le prestazioni. Come?
Il limite dei materiali tradizionali: le resine a scambio ionico
Finora, la maggior parte delle tecnologie DAC che utilizzano il cosiddetto “moisture-swing” — un processo che cattura CO2 in condizioni di bassa umidità e la rilascia in ambienti più umidi — si è basata su resine ingegnerizzate a scambio ionico.
Questi polimeri sono efficaci, ma portano con sé una serie di inconvenienti: costi elevati, complessità di produzione, non sempre sono sostenibili dal punto di vista ambientale. Le resine funzionano grazie alla presenza di gruppi ionici negativi e a pori con dimensioni ottimali per l’assorbimento della CO2. Ma la loro produzione richiede energia e risorse, rendendo difficile una diffusione su larga scala.
I nuovi materiali: più semplici, sostenibili ed efficienti
I ricercatori hanno vagliato il potenziale di materiali finora poco considerati per la DAC, su tutti nanoparticelle di ossidi metallici (come ossido di alluminio e di ferro) e materiali carboniosi (tra cui carbone attivo, grafite nanostrutturata e nanotubi di carbonio).
Tra questi, l’ossido di alluminio e il carbone attivo si sono distinti per la rapidità di assorbimento e rilascio della CO2, mentre l’ossido di ferro e la grafite nanostrutturata hanno mostrato una maggiore capacità complessiva di cattura.
Inoltre, lo studio ha evidenziato l’importanza cruciale della dimensione dei pori nei materiali assorbenti: una gamma compresa tra 50 e 150 Ångström (tra 5 e 15 nanometri) si è rivelata ottimale per massimizzare la “capacità di swing”, ovvero la quantità di CO2 assorbita e poi rilasciata per ogni ciclo del processo.
Al di là delle prestazioni, questi materiali hanno altri vantaggi fondamentali:
- sono facilmente reperibili, sono spesso derivati da scarti organici o da feedstock a basso costo;
- la loro produzione è meno complessa rispetto alle resine sintetiche: sono potenzialmente più adatti a impianti su larga scala (la frontiera, oggi, è su capacità annue dal milione al miliardo di tonnellate);
- sono più sostenibili sia nella produzione che nello smaltimento.
- il moisture-swing consente di sfruttare i cicli naturali di umidità — come quelli giorno-notte — per il funzionamento, il che riduce ulteriormente i consumi energetici.
