Foglia artificiale che cattura 100 volte più carbonio

Un team di ingegneri dell’Università dell’Illinois a Chicago ha progettato una foglia artificiale in grado di catturare l’anidride carbonica 100 volte meglio delle tecnologie attuali. Questa nuova foglia artificiale funziona nel mondo reale, a differenza di altri sistemi di cattura del carbonio che potrebbero funzionare solo con anidride carbonica proveniente da serbatoi pressurizzati. Cattura l’anidride carbonica da fonti più diluite, come l’aria e i gas di scarico prodotti dalle centrali elettriche a carbone, e la rilascia per l’uso come combustibile e altri materiali.

Meenesh Singh, professore di ingegneria chimica all’UIC:

“Il nostro sistema di foglie artificiali può essere implementato al di fuori del laboratorio, dove ha il potenziale per svolgere un ruolo significativo nella riduzione dei gas serra nell’atmosfera grazie al suo alto tasso di cattura del carbonio, al costo relativamente basso e all’energia moderata, anche se confrontato con il migliore sistemi di laboratorio”.

Il progetto precedente proposto nel 2019 consisteva in un’unità di fotosintesi artificiale standard che era racchiusa in una capsula trasparente costituita da una membrana semipermeabile di resina ammonica quaternaria e riempita con acqua.

La membrana ha permesso all’acqua all’interno di evaporare quando riscaldata dalla luce solare e l’anidride carbonica è stata aspirata per sostituirla. L’unità fotosintetica artificiale all’interno della capsula ha convertito l’anidride carbonica in monossido di carbonio, che può essere catturato e utilizzato per produrre combustibili sintetici.

Ora, gli ingegneri hanno modificato un sistema di foglie artificiali standard con materiali a basso costo per includere un gradiente d’acqua – un lato asciutto e uno bagnato – attraverso una membrana caricata elettricamente. Sul lato secco, un solvente organico si lega all’anidride carbonica catturata e la converte in una concentrazione di bicarbonato, o bicarbonato di sodio, sulla membrana.

Quando il bicarbonato si accumula, questi ioni caricati negativamente vengono attirati attraverso la membrana verso un elettrodo caricato positivamente in una soluzione a base acquosa sul lato umido della membrana, dove vengono riconvertiti in anidride carbonica per produrre combustibili o in altre applicazioni. La carica elettrica viene utilizzata per accelerare il trasferimento di bicarbonato attraverso la membrana.

Quando hanno testato il sistema, i ricercatori hanno scoperto che aveva un flusso molto elevato, cioè un tasso di cattura del carbonio rispetto alla superficie necessaria per le reazioni. Al suo livello ottimale, potrebbe catturare 3,3 millimoli all’ora per 4 cm2, che è oltre 100 volte meglio di altri sistemi. Ancora più importante, per alimentare la reazione era necessaria solo una moderata quantità di elettricità (0,4 KJ/ora), inferiore alla quantità di energia richiesta per una lampadina a LED da 1 watt.

Il team ha calcolato il costo a $ 145 per tonnellata di anidride carbonica, il che è coerente con le raccomandazioni del Dipartimento dell’Energia secondo cui il costo non dovrebbe superare i $ 200 per tonnellata.

“È particolarmente eccitante che questa applicazione nel mondo reale di una foglia artificiale azionata dall’elettrodialisi abbia un flusso elevato con una superficie piccola e modulare”.

“Ciò significa che ha il potenziale per essere impilabile; i moduli possono essere aggiunti o sottratti per adattarsi meglio alle necessità e utilizzati in modo conveniente nelle case e nelle aule, non solo nelle aziende”.

“Un piccolo modulo delle dimensioni di un umidificatore domestico può rimuovere più di 1 chilogrammo di CO2 al giorno e quattro pile di elettrodialisi industriali possono catturare più di 300 chilogrammi di CO2 all’ora dai gas di scarico”.

---

Fonte: “Migration-assisted, moisture gradient process for ultrafast, continuous CO2 capture from dilute sources at ambient conditions” – [Link esterno]