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Cattura del carbonio con i nanotubi
Le membrane realizzate con nanotubi di carbonio potrebbero ridurre la quantità di energia necessaria per catturare le emissioni di anidride carbonica dalle ciminiere, e quindi tagliare i costi, secondo una società che riceverà $ 1 milione dalla nuova agenzia di progetti di ricerca avanzata per l'energia, Arpa-e, per sviluppare la tecnologia.
L'azienda, con sede a Hayward, in California Porifero , sostiene che le sue membrane di nanotubi di carbonio potrebbero catturare da un miliardo a tre miliardi di tonnellate di anidride carbonica all'anno e risparmiare $ 10 miliardi all'anno rispetto alla tecnologia di cattura della CO2 esistente. A questo punto, tuttavia, il lavoro è in una fase iniziale, afferma Olgica Bakajin, chief technology officer di Porifera. Si aspetta che passerà un altro anno prima che il primo prototipo sia pronto.
L'azienda spera di sfruttare alcune proprietà peculiari dei nanotubi per catturare l'anidride carbonica. Le membrane per catturare la CO2 dalle ciminiere devono avere due caratteristiche. Devono essere selettivi, consentendo il passaggio dell'anidride carbonica e non degli altri gas di scarico. Questo produce un flusso concentrato di anidride carbonica che può poi essere compresso e immagazzinato. Le membrane devono anche essere altamente permeabili, consentendo alla CO2 di passare liberamente per ridurre al minimo l'energia necessaria per pomparla.
Le membrane di nanotubi di carbonio sono particolarmente adatte a questa seconda proprietà. Secondo gli esperimenti condotti da Bakajin al Lawrence Livermore National Laboratory, i gas possono spostarsi all'interno dei nanotubi in modo estremamente rapido, a velocità 100 volte superiori a quelle dei materiali di membrana convenzionali. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science nel 2006. Di conseguenza, le membrane basate sui nanotubi richiederebbero molta meno energia rispetto alle membrane convenzionali.
La sfida con le membrane di nanotubi di carbonio è trasportare selettivamente l'anidride carbonica e non gli altri gas in una ciminiera. Ciò è particolarmente difficile perché il componente principale dei gas di scarico, l'azoto, ha molte proprietà molto simili alla CO2, afferma Karl Johnson , professore di ingegneria chimica e petrolifera presso l'Università di Pittsburgh. Un approccio alla selezione dell'anidride carbonica consiste nel legare composti alle estremità dei nanotubi di carbonio che attraggono chimicamente l'anidride carbonica ma non altri gas. Attirare la CO2 ne creerebbe alte concentrazioni vicino alla membrana, aumentando la quantità di anidride carbonica che viene trasportata attraverso rispetto all'azoto e ad altri gas di combustione. Attaccare questi composti è particolarmente facile perché le estremità dei nanotubi hanno posizioni aperte per il legame con tali molecole, dice Bakajin.
Bakajin afferma che questo è stato provato con materiali di membrana più convenzionali, ma l'aggiunta di composti per attirare l'anidride carbonica riduce la permeabilità di queste membrane al punto che non sono più pratiche. La straordinaria permeabilità dei nanotubi di carbonio potrebbe aiutare con questo problema. Abbiamo molta permeabilità da perdere, dice. Se la permeabilità scende tanto quanto con altri materiali a membrana, stiamo ancora bene.
Dice che la società ha identificato diversi candidati promettenti per la modifica dei nanotubi, ma dice che i dettagli sono proprietari. Oltre a selezionare uno di questi, afferma, l'azienda sta anche studiando il modo migliore per produrre le membrane di nanotubi di carbonio, che include la decisione di quale materiale utilizzare per legare insieme i nanotubi e fungere da materiale di supporto. Alcuni hanno vantaggi nella fabbricazione, alcuni sono strutturalmente migliori, alcuni sono più resistenti agli ambienti difficili, dice. Più lo facciamo, più pensiamo a cose nuove da provare.
Bruce Hinds , un professore di chimica all'Università del Kentucky che ha anche dimostrato l'elevata permeabilità delle membrane di nanotubi, non è convinto che la cattura del carbonio sia l'uso migliore per queste membrane, in parte a causa della sfida di rendere le membrane di nanotubi di carbonio selettive per il carbonio biossido. Sta iniziando con applicazioni farmaceutiche, come l'utilizzo delle membrane per somministrare farmaci o per separare sostanze chimiche durante la produzione di farmaci. Questi non richiedono una produzione su larga scala, il che è positivo, poiché la produzione su larga scala delle membrane non è stata ancora dimostrata. Le applicazioni farmaceutiche richiedono anche prezzi più elevati, consentendo materiali più costosi.
Porifera sta anche perseguendo altre potenziali applicazioni. Di recente annunciato finanziamenti da DARPA, l'ufficio di ricerca e sviluppo per il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, per la produzione di sistemi di desalinizzazione portatili per i soldati. I nanotubi di carbonio possono trasportare fluidi 1.000 volte più velocemente delle membrane convenzionali. Oltre al risparmio energetico, un trasporto così veloce consente di utilizzare membrane molto più piccole, più adatte ai dispositivi portatili.