Catalizzatore e reattore “miracolosi” trasformano la CO2 dell’aria in plastica

Gli ingegneri dell’università americana di Georgia Tech hanno ideato un processo che converte il biossido di carbonio rimosso dall’atmosfera in un materiale grezzo che potrebbe essere utilizzato per dare vita a nuove plastiche, prodotti chimici o combustibili.
Il loro studio riduce drasticamente i costi e l’energia necessaria per questi sistemi di cattura diretta dell’aria (i cosiddetti Dac), contribuendo a migliorare l’economia di un processo che sarà fondamentale per affrontare il cambiamento climatico e mitigarne gli effetti.

le chiavi: catalizzatore e reattore

La chiave di questa rivoluzionaria scoperta sta in un nuovo tipo di catalizzatore e in un reattore elettrochimico che può essere facilmente integrato nei sistemi Dac già esistenti.
“Tutti i progetti di ricerca del mio team – spiega la responsabile, Marta Hatzell – si concentrano sulla decarbonizzazione, ma questo in particolare ha l’opportunità di muoversi più rapidamente verso la commercializzazione, portando benefici concreti e immediati”.

Il processo Dac tradizionale prevede l’estrazione del biossido di carbonio dall’aria utilizzando qualche tipo di sostanza chimica o materiale in grado catturare le molecole di CO2. Per rilasciare quel carbonio catturato (ad esempio per immagazzinarlo sottoterra o lavorarlo per un riutilizzo produttivo) è necessaria un’energia significativa, che alimenta sistemi complicati e costosi.
E lungo il percorso di perde parte dalla CO2 rimossa dall’atmosfera.

meno energia e poca dispersione di co2

Il team di Hatzell si è concentrato sull’utilizzo di una soluzione alcalina liquida chiamata Koh per catturare il carbonio: il Koh trasforma la CO2 in bicarbonati, che alla fine devono essere separati nuovamente. Ma i ricercatori di Georgia Tech sono riusciti a evitare completamente quest’ultimo passaggio, costoso in termini di energia.

Lavorando con il laboratorio di Jihun Oh presso il Korea Advanced Institute of Science and Technology, i ricercatori hanno creato un nuovo catalizzatore a base di nichel e lo hanno abbinato a elettrodi a membrana bipolare. Questo sistema utilizza l’elettricità per estrarre la CO2 dai bicarbonati proprio accanto al catalizzatore, che lo converte poi in gas monossido di carbonio.

Questo è il segreto: combina due passaggi in uno. “Stiamo catturando la CO2 in carbonati, che è un processo spontaneo e non richiede molta energia. E ci liberiamo del processo di desorbimento e di tutta quella spesa energetica, risparmiando circa il 90% dell’energia nel processo di cattura e circa il 50% del costo capitale”.

La loro configurazione è anche estremamente efficiente nell’utilizzare tutta la CO2 che passa attraverso il reattore: “Siamo due volte più efficienti. La nostra efficienza nell’utilizzo di CO2 è quasi del 70%, mentre nel sistema in fase gassosa è del 35%. L’utilizzo massimo del CO2 nei sistemi basati sul gas è teoricamente del 50%. Ma nel nostro caso, la nostra efficienza massima è del 100%”, concludono i ricercatori.

Lo studio ha rivelato come il catalizzatore funzioni bene in un ambiente acido. Quando lo strato del reattore con il catalizzatore diventa acido, si verifica un altro processo chimico, chiamato reazione di evoluzione dell’idrogeno, che riduce la CO2 a CO. Il nuovo catalizzatore a base di nichel sopprime questa interferenza.

Produrre monossido di carbonio da CO2 presa dall’atmosfera è un processo complicato e intensivo. Ma se fatto in modo economicamente sostenibile, il materiale grezzo risultante potrebbe essere collegato a processi chimici esistenti e trasformato in nuovi prodotti utili. Collegare questi processi è il prossimo obiettivo del team.

La CO può diventare la base per plastiche, importanti prodotti chimici industriali come l’etilene, e forse anche carburante per jet in futuro.

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