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Un modo migliore per catturare il carbonio
I ricercatori hanno sviluppato materiali porosi che possono assorbire 80 volte il loro volume di anidride carbonica, offrendo la possibilità allettante che il gas serra possa essere rimosso a basso costo dalle ciminiere delle centrali elettriche. Dopo che l'anidride carbonica è stata assorbita dai nuovi materiali, potrebbe essere rilasciata attraverso variazioni di pressione, compressa e, infine, pompata nel sottosuolo per lo stoccaggio a lungo termine.
Cristalli che catturano il carbonio: Questa è una micrografia ottica di un nuovo materiale in grado di estrarre l'anidride carbonica da un flusso di gas, rendendo possibile il sequestro del gas serra.
Tale cattura e sequestro di anidride carbonica potrebbe essere essenziale per ridurre le emissioni di gas serra, soprattutto in paesi come gli Stati Uniti che dipendono fortemente dal carbone per l'elettricità. La prima fase, la cattura del carbonio, è particolarmente importante, poiché può rappresentare il 75% dei costi totali, secondo il Dipartimento dell'Energia .
I nuovi materiali, descritti questa settimana in Scienza , sono stati creati dai ricercatori dell'UCLA guidati da Omar Yaghi , un chimico noto per la produzione di materiali con intricate strutture microscopiche. Assorbono grandi quantità di anidride carbonica ma non assorbono altri gas.
Esistono già tecniche per catturare l'anidride carbonica dalle ciminiere, ma secondo una stima, secondo una stima, utilizzano grandi quantità di energia, dal 15 al 20 percento della produzione totale di elettricità di una centrale elettrica. Questo perché i materiali esistenti, noti come ammine, devono essere riscaldati per rilasciare l'anidride carbonica che hanno assorbito. In effetti, catturare e comprimere l'anidride carbonica attraverso questi metodi esistenti può aggiungere dall'80 al 90% del costo di produzione di elettricità dal carbone, afferma Thomas Feeley, project manager presso la Laboratorio Nazionale di Tecnologia Energetica .
Feeley afferma che i materiali di Yaghi si confrontano favorevolmente con altri materiali sperimentali che assorbono l'anidride carbonica che vengono sviluppati per aiutare a ridurre questi costi. Yaghi afferma che i suoi materiali potrebbero ridurre considerevolmente i costi poiché utilizzano meno energia, anche se esattamente quanto richiederà il test dei materiali nelle centrali elettriche.
Oltre ad essere potenzialmente utili nelle ciminiere, i materiali potrebbero essere impiegati negli impianti di gassificazione del carbone. In questi impianti, il carbone viene prima lavorato per produrre una miscela di anidride carbonica e idrogeno. L'idrogeno viene quindi utilizzato per generare elettricità. L'anidride carbonica potrebbe essere catturata utilizzando un solvente che aumenta il consumo di energia. Ma come nel processo basato su ciminiere, i nuovi materiali UCLA potrebbero richiedere meno energia.
I materiali appartengono a una classe chiamata quadri imidazolati zeolitici (ZIF). Sono fatti di atomi di metallo collegati da una delle numerose molecole organiche a forma di anello chiamate imidazolati. Prima della ricerca di Yaghi, nel corso di 12 anni erano stati sviluppati 24 tipi di ZIF. Yaghi ha realizzato 25 nuove versioni in soli tre mesi. Questi materiali possono essere estremamente versatili, poiché gli atomi di metallo possono agire come potenti catalizzatori e le molecole organiche possono fungere da ancore per un certo numero di molecole funzionali.
Proliferazione ZIF: nuove tecniche automatizzate consentono ai ricercatori di sintetizzare rapidamente dozzine di nuovi materiali chiamati framework imidazolati zeolitici (ZIF). Attestazione: Omar Yaghi
I nuovi materiali assorbono l'anidride carbonica in parte perché sono estremamente porosi, il che conferisce loro un'elevata superficie che può entrare in contatto con le molecole di anidride carbonica. Il più poroso dei materiali che Yaghi riporta in Scienza contengono quasi 2.000 metri quadrati di superficie confezionati in un grammo di materiale. Un litro di uno dei materiali di Yaghi può immagazzinare tutte le molecole di anidride carbonica che, a zero °C e a pressione ambiente, occuperebbero un volume di 82,6 litri.
Sebbene i meccanismi esatti non siano completamente compresi, Yaghi pensa che la carica leggermente negativa delle molecole organiche nel suo materiale attiri le molecole di anidride carbonica, che hanno una carica leggermente positiva. Di conseguenza, l'anidride carbonica viene trattenuta in posizione, mentre altri gas si muovono attraverso il materiale. Questo metodo per intrappolare l'anidride carbonica è migliore di altri metodi perché non coinvolge forti legami covalenti, quindi non ci vuole molta energia per rilasciare il gas.
Il passo successivo per i materiali è la commercializzazione. Ciò significa aumentare la produzione e incorporare i materiali in un sistema in una centrale elettrica, ad esempio imballando i materiali in contenitori che possono essere riempiti con gas di scarico pressurizzati, qualcosa che secondo il gruppo UCLA potrebbe essere possibile in due o tre anni. Yaghi stima che i materiali potrebbero essere facilmente realizzati in grandi quantità, poiché sono simili ad altri materiali da lui sviluppati che ora possono essere prodotti a tonnellate da BASF , la gigantesca azienda chimica. Ora è nelle mani dell'industria, dice Yaghi. E ha sviluppato tecniche automatizzate che potrebbero portare a più materiali che potrebbero avere proprietà ancora migliori.