ASCOLTA I NOSTRI PODCAST SU SPOTIFY
L’approccio converte direttamente il gas serra in formiato, un combustibile solido che può essere immagazzinato indefinitamente e potrebbe essere utilizzato per riscaldare le case o alimentare le industrie.
È in corso in tutto il mondo la ricerca per trovare modi per estrarre l’anidride carbonica dall’aria o dai gas di scarico delle centrali elettriche e poi trasformarla in qualcosa di utile.
Una delle idee più promettenti è quella di trasformarlo in un combustibile stabile che possa sostituire i combustibili fossili in alcune applicazioni.
Ma la maggior parte di questi processi di conversione ha avuto problemi con la bassa efficienza delle emissioni di carbonio, o produce combustibili che possono essere difficili da maneggiare, tossici o infiammabili.
Ora, i ricercatori del MIT e dell’Università di Harvard hanno sviluppato un processo efficiente in grado di convertire l’anidride carbonica in formiato, un materiale liquido o solido che può essere utilizzato come l’idrogeno o il metanolo per alimentare una cella a combustibile e generare elettricità.
Il formiato di potassio o di sodio, già prodotto su scala industriale e comunemente utilizzato come antigelo per strade e marciapiedi, è atossico, non infiammabile, facile da immagazzinare e trasportare, e può rimanere stabile in normali serbatoi di acciaio per essere utilizzato mesi, o addirittura anni, dopo la sua produzione.
Il nuovo processo, sviluppato dagli studenti di dottorato del MIT Zhen Zhang, Zhichu Ren e Alexander H. Quinn, dallo studente di dottorato dell’Università di Harvard Dawei Xi e dal professore del MIT Ju Li, è descritto questa settimana sulla rivista Cell Press Physical Sciences.
L’intero processo, compresa la cattura e la conversione elettrochimica del gas in una polvere di formiato solido, che viene poi utilizzata in una cella a combustibile per produrre elettricità, è stato dimostrato su piccola scala di laboratorio.
Tuttavia, i ricercatori si aspettano che sia scalabile in modo da poter fornire calore ed energia senza emissioni alle singole case e persino essere utilizzato in applicazioni industriali o su scala di rete.
Altri approcci alla conversione dell’anidride carbonica in combustibile, spiega Li, di solito prevedono un processo in due fasi: prima il gas viene catturato chimicamente e trasformato in una forma solida come carbonato di calcio, quindi successivamente il materiale viene riscaldato per eliminare l’anidride carbonica e convertirla in una materia prima come il monossido di carbonio.
Questa seconda fase ha un’efficienza molto bassa, convertendo in genere meno del 20% dell’anidride carbonica gassosa nel prodotto desiderato, afferma Li.
Al contrario, il nuovo processo raggiunge una conversione di ben oltre il 90% ed elimina la necessità dell’inefficiente fase di riscaldamento convertendo prima l’anidride carbonica in una forma intermedia, il bicarbonato metallico liquido.
Quel liquido viene quindi convertito elettrochimicamente in potassio liquido o formiato di sodio in un elettrolizzatore che utilizza elettricità a basse emissioni di carbonio, ad esempio energia nucleare, eolica o solare.
La soluzione liquida altamente concentrata di potassio o formiato di sodio prodotta può quindi essere essiccata, ad esempio mediante evaporazione solare, per produrre una polvere solida che è altamente stabile e può essere conservata in normali serbatoi di acciaio per un massimo di anni o addirittura decenni, dice Li.
Diversi passaggi di ottimizzazione sviluppati dal team hanno fatto la differenza nel trasformare un processo di conversione chimica inefficiente in una soluzione pratica, afferma Li, che ricopre incarichi congiunti nei dipartimenti di Scienza e ingegneria nucleare e di Scienza e ingegneria dei materiali.
Il processo di cattura e conversione del carbonio prevede in primo luogo una cattura basata su una soluzione alcalina che concentra l’anidride carbonica, sia da flussi concentrati come le emissioni delle centrali elettriche che da fonti a bassissima concentrazione, anche all’aperto, sotto forma di una soluzione liquida di bicarbonato metallico.
Quindi, attraverso l’uso di un elettrolizzatore a membrana a scambio cationico, questo bicarbonato viene convertito elettrochimicamente in cristalli di formiato solido con un’efficienza di carbonio superiore al 96%, come confermato negli esperimenti su scala di laboratorio del team.
Questi cristalli hanno una durata di conservazione indefinita, rimanendo così stabili che potrebbero essere conservati per anni, o addirittura decenni, con poca o nessuna perdita. In confronto, anche i migliori serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno disponibili consentono al gas di fuoriuscire a un tasso di circa l’1% al giorno, precludendo qualsiasi uso che richiederebbe uno stoccaggio di un anno, afferma Li.
Il metanolo, un’altra alternativa ampiamente esplorata per convertire l’anidride carbonica in un combustibile utilizzabile nelle celle a combustibile, è una sostanza tossica che non può essere facilmente adattata all’uso in situazioni in cui le perdite potrebbero rappresentare un pericolo per la salute.
Il formiato, d’altra parte, è ampiamente utilizzato e considerato innocuo, secondo gli standard di sicurezza nazionali.
Il team ha anche costruito una cella a combustibile specificamente ottimizzata per l’uso di questo combustibile formiato per produrre elettricità.
Le particelle di formiato immagazzinate vengono semplicemente disciolte in acqua e pompate nella cella a combustibile secondo necessità.
Sebbene il combustibile solido sia molto più pesante dell’idrogeno puro, se si considerano il peso e il volume dei serbatoi di gas ad alta pressione necessari per immagazzinare l’idrogeno, il risultato finale è una produzione di elettricità vicina alla parità per un dato volume di stoccaggio, afferma Li.
Il combustibile del formiato può potenzialmente essere adattato per qualsiasi cosa, dalle unità di dimensioni domestiche agli usi industriali su larga scala o ai sistemi di stoccaggio su scala di rete, dicono i ricercatori.
Le prime applicazioni domestiche potrebbero coinvolgere un’unità elettrolizzatrice delle dimensioni di un frigorifero per catturare e convertire l’anidride carbonica in formiato, che potrebbe essere immagazzinato in un serbatoio sotterraneo o sul tetto.
Poi, quando necessario, il solido in polvere viene miscelato con acqua e immesso in una cella a combustibile per fornire energia e calore.
