Scienza

Dall'aria sottile: un nuovo processo elettrochimico accorcia la strada per catturare e riciclare il CO₂. Gli ingegneri offrono una tecnica promettente per convertire il CO₂ (diossido di carbonio) atmosferico in prodotti di valore commerciale.

Un team di ricerca di U of T Engineering ha sviluppato un nuovo percorso elettrochimico per trasformare il CO₂ in prodotti di valore come il carburante per jet o la plastica. Catturare e riciclare il carbonio direttamente dall'aria. Una tecnologia che potrebbe migliorare significativamente l'economia.

Il dottor Edward (Ted) Sargent, (1) docente presso l'Università di Toronto e direttore del gruppo di ricerca, afferma: “oggi è tecnicamente possibile catturare il diossido di carbonio (CO₂) dall'aria e, attraverso una serie di passaggi, convertirla in prodotti commerciali. La sfida è che ci vuole un sacco di energia per farlo, il che incrementa i costi e riduce l'incentivo. La nostra strategia aumenta l'efficienza energetica globale evitando alcune delle perdite più energivore.”

Estrarre il carbonio dall'aria è una tecnologia emergente. Le aziende mirano a produrre combustibili o plastiche dal carbonio che è già nell'atmosfera, piuttosto che dai combustibili fossili. La compagnia canadese Carbon Engineering, che ha costruito un impianto pilota a Squamish, nella provincia canadese della Columbia Britannica, (2) cattura CO₂ forzando l'aria attraverso una soluzione liquida alcalina. Il CO₂ si dissolve nel liquido, formando una sostanza chiamata carbonato.

Per essere completamente riciclato, il carbonato disciolto viene normalmente trasformato in gas CO₂ e quindi in blocchi chimici che costituiscono la base di combustibili e materie plastiche. Un modo per farlo è aggiungere sostanze chimiche che convertono il carbonato in un sale solido. Questa polvere salina viene quindi riscaldata a temperature superiori ai 900°C per produrre gas CO₂ che può subire ulteriori trasformazioni. L'energia richiesta per questo riscaldamento fa aumentare il costo dei prodotti derivati.

Un nuovo studio condotto dai ricercatori del Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) e dell'Università di Harvard può aiutare a risolvere una questione di vecchia data: come mai piccole quantità di carbonio organico si bloccano nella roccia e nei sedimenti, impedendo di decomporsi.

Secondo il dottor Jordon Hemingway, (1) autore principale dello studio (pubblica dalla rivista Nature) (2), ricercatore postdottorato a Harvard e ex studente dell'OMI, conoscere le dinamiche che regolano questo processo potrebbe aiutare a spiegare perché la miscela di gas nell'atmosfera è rimasta stabile per così tanto tempo.

Secondo il dottor Jordon Hemingway, il biossido di carbonio atmosferico è una forma inorganica di carbonio. Le piante, le alghe e alcuni tipi di batteri possono estrarre la CO₂ dall'aria e utilizzarla come elemento di base per zuccheri, proteine e altre molecole nel loro corpo. Il processo, che avviene durante la fotosintesi, trasforma il carbonio inorganico in una forma “organica”, rilasciando ossigeno nell'atmosfera. Il contrario avviene quando questi organismi muoiono: i microbi iniziano a decomporsi, consumando ossigeno e rilasciando CO₂ nell'aria. Uno dei motivi chiave per cui la Terra è rimasta abitabile è che questo ciclo chimico è leggermente sbilanciato. Per qualche ragione, una piccola percentuale di carbonio organico non viene scomposta dai microbi, ma rimane conservata sottoterra per milioni di anni.

Sulla base delle prove esistenti, i ricercatori hanno sviluppato due possibili ragioni per cui il carbonio è lasciato alle spalle;

I ricercatori di Carnegie Mellon hanno sviluppato un anodo di metallo semi-liquido per batterie di prossima generazione. Il nuovo anodo potrebbe contribuire a creare una batteria al litio in metallo ad alta energia più sicura.

I ricercatori del Mellon College of Science e del College of Engineering della Carnegie Mellon University hanno sviluppato un anodo semiliquido basato su metallo che rappresenta un nuovo paradigma nella progettazione delle batterie. Le batterie al litio prodotte con questo nuovo tipo di elettrodo potrebbero avere una capacità maggiore ed essere molto più sicure rispetto alle batterie a base di litio concepite sul metallo che utilizzano come anodo la lamina di litio.

Il team di ricerca interdisciplinare ha pubblicato le sue scoperte nell'attuale numero di Joule. (1)

Le batterie a base di litio sono uno dei tipi più comuni di batterie ricaricabili utilizzate nell'elettronica moderna a causa della loro capacità di immagazzinare grandi quantità di energia. Tradizionalmente, queste batterie sono fatte di elettroliti liquidi combustibili e due elettrodi, un anodo e un catodo, che sono separati da una membrana. Dopo che una batteria è stata caricata e scaricata ripetutamente, fili di litio chiamati dendriti possono crescere sulla superficie dell'elettrodo. I dendriti possono penetrare attraverso la membrana che separa i due elettrodi. Ciò consente il contatto tra l'anodo e il catodo che può causare il cortocircuito della batteria e, nel peggiore dei casi, prendere fuoco.

Il dottor Krzysztof Matyjaszewski, (2) J.C. Warner University Professor of Natural Sciences nel Dipartimento di Chimica di Carnegie Mellon, spiega: "incorporare un anodo di litio metallico nelle batterie agli ioni di litio ha il potenziale teorico di creare una batteria con una capacità molto maggiore di una batteria con un anodo di grafite, ma la cosa più importante che dobbiamo fare è assicurarci che la batteria che creiamo sia sicura."