Scoperta enorme: una polvere che cattura più carbonio dall’aria rispetto agli alberi
Con una svolta sorprendente, gli scienziati dell’Università della California, Berkeley, hanno sviluppato una rivoluzionaria struttura metallo-organica in grado di catturare l’anidride carbonica direttamente dai ventilatori di scarico industriali, senza necessità di raffreddamento e a una temperatura sbalorditiva fino a 300°C. Questo nuovo materiale offre una risposta innovativa ai processi industriali che, storicamente, sono i maggiori emettitori di CO2, come la produzione di cemento e acciaio.
Cattura della CO2 ad alta temperatura: perché è importante?
Quando pensiamo alle grandi industrie, come quella del cemento o dell’acciaio, l’immagine di forni ad altissime temperature e di fabbriche che generano tonnellate di gas inquinanti non è una novità. Tuttavia, questi gas caldi, con temperature spesso superiori a 200°C e in alcuni casi vicine a 500°C, rappresentano una sfida importante per le tecnologie di cattura del carbonio attualmente esistenti . Le soluzioni tradizionali richiedono che questi gas vengano raffreddati a temperature molto più basse, un processo che richiede un immenso dispendio energetico e idrico.
Fu in questo contesto che i ricercatori di Berkeley proposero qualcosa di radicalmente diverso. Invece di cercare un metodo che raffreddi i gas inquinanti, hanno sviluppato una struttura metallo-organica (MOF) in grado di funzionare direttamente alle alte temperature tipiche di questi flussi industriali. La scoperta promette di trasformare il modo in cui gestiamo le emissioni di gas in alcune delle industrie più difficili da decarbonizzare.
MOF: una struttura molecolare con potere “spugna”.
Il MOF creato dai ricercatori ha una struttura porosa composta da ioni metallici e ligandi organici, configurando un’area interna sorprendente. In termini semplici, è come una minuscola spugna, con una superficie equivalente a sei campi da calcio per cucchiaio. Questo design rende il materiale altamente efficiente nel catturare la CO2, una caratteristica essenziale per combattere le emissioni di industrie che hanno già un notevole impatto ambientale.
L’innovativo materiale poroso, chiamato struttura organica covalente (COF), presenta canali esagonali rivestiti di poliammine, in grado di catturare efficacemente le molecole di anidride carbonica (sfere blu e arancioni) in concentrazioni tipiche dell’aria che ci circonda. Immagine: Chaoyang Zhao
La vera genialità del MOF sviluppato dal team dell’UC Berkeley risiede nella sua capacità di operare a temperature elevate, cosa impensabile fino a poco tempo fa per materiali di questo tipo. Tradizionalmente, la cattura della CO2 con MOF funzionava solo a temperature più miti, ma il nuovo materiale non solo funziona a temperature industriali estreme, ma cattura anche la CO2 in modo altamente efficiente, riuscendo a trattenere fino al 90% del gas che ne entra in contatto .
La sfida delle industrie del cemento e dell’acciaio
È importante capire perché la cattura della CO2 ad alte temperature rappresenta una vera rivoluzione. I cementifici e le acciaierie sono responsabili di una quota significativa delle emissioni globali di CO2. Sebbene la transizione verso fonti energetiche rinnovabili stia già contribuendo a ridurre le emissioni delle centrali elettriche, le fabbriche che fanno affidamento su calore intenso e processi chimici per produrre materiali come cemento e acciaio rimangono i cattivi climatici del settore industriale.
Questi processi generano flussi di gas con concentrazioni di CO2 comprese tra il 20% e il 30%, cosa essenziale per una cattura efficiente, ma che rappresenta anche un grosso ostacolo a causa delle elevate temperature coinvolte. Il MOF sviluppato a Berkeley è in grado di gestire questi flussi caldi, eliminando la necessità di sistemi di raffreddamento costosi e inefficaci.
L’impressionante stabilità del nuovo materiale
Gli idruri metallici utilizzati nei MOF sono noti per la loro reattività e la bassa stabilità alle alte temperature, che ha sempre rappresentato un ostacolo all’uso diffuso dei MOF in condizioni estreme. Tuttavia, il MOF di Berkeley si distingue per la sua inaspettata stabilità. Incorporando gruppi di idruro di zinco, i ricercatori sono stati in grado di creare un materiale che, oltre ad essere efficace, ha una durata impressionante, in grado di funzionare continuamente nei cicli di cattura e rilascio della CO2.