I ricercatori creano sali per la cattura della CO2 economica ed efficiente; imitando l'idrato di metano

Un team di ricercatori internazionali guidati dal professor Cafer T. Yavuz della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), dal prof. Bo Liu dell'University of Science and Technology of China (USTC) e dal prof. Qiang Xu della Southern University of Science and Technology (SUSTech) hanno sviluppato un metodo promettente per la cattura e lo stoccaggio del carbonio utilizzando un sale clatrato monocristallino a base di solfato di guanidinio. Un documento ad accesso libero sul loro lavoro appare in Cell Reports Physical Science.

L'idrato di metano è studiato per la sua capacità di catturare e intrappolare molecole di gas come l'anidride carbonica ad alta pressione. Tuttavia, è difficile se non impossibile ricreare queste condizioni in laboratorio, e l’approccio è inoltre ad alto consumo energetico, poiché il solido metano-ghiaccio richiede refrigerazione. Utilizzando sale a base di solfato di guanidinio, gli scienziati sono riusciti a creare strutture reticolari chiamate clatrati che imitano efficacemente l'attività dell'idrato di metano, intrappolando le molecole di CO2 e risultando in un modo efficiente dal punto di vista energetico per contenere il gas serra.

Il solfato di guanidinio serve a organizzare e intrappolare le molecole di CO2 senza reagire con esse. Abbiamo scoperto un raro esempio di clatrato stabile e non corrosivo a temperatura e pressione ambiente, una caratteristica altamente desiderabile rispetto all'etanolo ammina, all'ammoniaca e ad altre soluzioni comunemente utilizzate nella cattura del carbonio.

I precedenti metodi di cattura del carbonio includevano il chemisorbimento, in cui si formano legami chimici tra le molecole di CO2 e la superficie. Questo processo ha funzionato bene; tuttavia, i legami chimici richiedono energia per romperli, il che fa aumentare il costo dell’operazione di cattura della CO2. La struttura clatrata a base di sale utilizza processi di fisisorbimento a bassa energia mentre cattura la CO2 senza interferenze di acqua o azoto, aprendo una sede promettente per le future tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio attraverso la rapida solidificazione della CO2.

Dimostrazione schematica di formazioni reversibili di clatrato con oscillazione di pressione per il processo di cattura e rilascio di CO2. (A) CO2 idrato dove le molecole di CO2 sono intrappolate in ammassi d'acqua ad alte pressioni e basse temperature. (B) Un clatrato da solfato di guanidinio e CO2, CO2@Gua2SO4, dove la CO2 può essere catturata a pressioni fino a 32 kPa e temperature alle condizioni dei gas di scarico (35°C e inferiori). Xiang et al.

La scoperta introduce un nuovo modo di immagazzinare e trasportare l’anidride carbonica come solido. La CO2 viene convenzionalmente trasportata allo stato solido sotto forma di ghiaccio secco; compresso in bombole di gas; o sotto forma di carbonati. Il clatrato salino consente di trasportare la CO2 sotto forma di polvere solida, producendo un volume notevolmente elevato per capacità di peso, rendendo questo metodo il meno dispendioso in termini energetici, con un enorme potenziale per applicazioni nella vita reale.

Il nostro team ha reso possibile trasportare la CO2 in forma solida senza la necessità di refrigerazione o pressione. D'ora in poi sarai letteralmente in grado di spalare solidi carichi di CO2. L’impatto è ampio e forte, poiché l’industria globale dei combustibili e le entità del Regno sono attivamente alla ricerca di modi per catturare, immagazzinare e trasportare CO2 senza significative penalizzazioni energetiche.

Il gruppo di ricerca è ottimista sul fatto che i risultati porteranno a ulteriori miglioramenti nella cattura della CO2 in termini di stabilità, riciclabilità, capacità di assorbimento e selettività, nonché di riduzione delle penalità e dei costi energetici di rigenerazione.

La ricerca è stata condotta presso la Southern University of Science and Technology, l’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina e la King Abdullah University of Science and Technology.

Risorse

Zhiling Xiang, Congyan Liu, Chunhui Chen, Xin Xiao, Thien S. Nguyen, Cafer T. Yavuz, Qiang Xu, Bo Liu (2023) "Sintesi di polvere di clatrato di anidride carbonica monocristallina stabile mediante cristallizzazione con oscillazione di pressione", Cell Reports Physical Scienza, doi: 10.1016/j.xcrp.2023.101383

Pubblicato l'8 maggio 2023 in Cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), Contesto del mercato | Collegamento permanente | Commenti (3)