Catturare i gas serra con l'aiuto della luce

Per rallentare il riscaldamento globale, dobbiamo ridurre drasticamente le emissioni di gas serra, rinunciando tra l'altro ai combustibili fossili e utilizzando tecnologie più efficienti dal punto di vista energetico. Tuttavia, la sola riduzione delle emissioni non sarà sufficiente per raggiungere gli obiettivi climatici. Inoltre, grandi quantità di gas a effetto serra come la CO₂ dall'atmosfera per stoccarla in modo permanente nel sottosuolo o per utilizzarla come materia prima chimica a impatto climatico zero nell'industria. Le tecnologie oggi disponibili per la cattura della CO₂-Tuttavia, i processi di cattura del carbonio richiedono molta energia e sono di conseguenza costosi.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo stanno quindi sviluppando un nuovo metodo che funziona con la luce. In futuro sarà il sole a fornire l'energia per la CO₂-I nuovi solventi forniscono una soluzione per la separazione.

Interruttore acido controllato dalla luce

Gli scienziati guidati da Maria Lukatskaya, professoressa di sistemi energetici elettrochimici, sfruttano il fatto che il contenuto di CO₂ in liquidi acidi e acquosi come CO₂ è presente, ma reagisce in liquidi acquosi alcalini per formare sali di acido carbonico. Questa reazione chimica è reversibile. L'acidità di un liquido determina la presenza o meno di CO₂ o un sale di acido carbonico.

Per influenzare l'acidità del loro liquido, i ricercatori hanno aggiunto molecole note come fotoacidi, che reagiscono alla luce. Quando un liquido di questo tipo viene irradiato con la luce, le molecole lo rendono acido. Al buio, le molecole tornano al loro stato originale, rendendo il liquido più alcalino.

Il metodo dei ricercatori dell'ETH funziona in dettaglio così: i ricercatori separano la CO₂ dall'aria facendo passare l'aria al buio attraverso un liquido contenente fotoacidi. Essendo alcalino, il CO₂ e forma sali di acido carbonico. Non appena questi sali si sono fortemente accumulati nel liquido, i ricercatori lo irradiano con la luce. In questo modo il liquido diventa acido e i sali di acido carbonico si convertono in CO₂ um. Come in una bottiglia di cola, la CO₂ dal liquido. Può essere catturato nei serbatoi di gas. Non contiene quasi mai CO₂ è presente nel liquido, i ricercatori spengono la luce e il ciclo ricomincia.

Tutto dipende dalla miscela

In pratica, però, c'era un problema: i fotoacidi utilizzati sono instabili in acqua. "Già nei primi esperimenti ci siamo resi conto che le molecole si erano decomposte dopo un giorno", spiega Anna de Vries, dottoranda del gruppo di Lukatskaya e prima autrice dello studio.

Lukatskaya, de Vries e i loro colleghi hanno quindi analizzato la decomposizione della molecola e hanno risolto il problema eseguendo la reazione in una miscela di acqua e solvente organico anziché in acqua. In esperimenti di laboratorio, gli scienziati hanno determinato il rapporto ottimale tra i due liquidi. I calcoli di modellazione, eseguiti insieme a ricercatori dell'Università Sorbona di Parigi, li hanno aiutati a spiegare scientificamente i risultati.

Da un lato, ciò ha permesso di mantenere stabili le molecole di fotoacido nella soluzione per quasi un mese. Dall'altro, hanno fatto in modo che la luce possa essere utilizzata per passare da una soluzione acida a una alcalina a piacimento. Se i ricercatori utilizzassero il loro solvente organo senza acqua, la reazione sarebbe irreversibile.

Fare a meno del riscaldamento

Altri metodi per il CO₂-La cattura del carbonio è un processo a ciclo chiuso. Un metodo consolidato, ad esempio, utilizza filtri per catturare la CO₂-Le molecole si accumulano a temperatura ambiente. Per ridurre al minimo le emissioni di CO₂ Per rimuovere successivamente il CO dai filtri, questi devono essere riscaldati a circa 100 gradi Celsius. Tuttavia, il riscaldamento e il raffreddamento sono ad alto consumo energetico: rappresentano la maggior parte dell'energia richiesta dal metodo di filtraggio. "Con il nostro processo, invece, non dobbiamo riscaldare e raffreddare. Questo spiega perché il nostro metodo richiede molta meno energia", spiega Lukatskaya. Inoltre, il nuovo metodo dei ricercatori dell'ETH può funzionare anche con la sola luce del sole.

"L'aspetto interessante del nostro sistema è che possiamo passare da una soluzione alcalina a una acida in pochi secondi e di nuovo a una alcalina in pochi minuti. Possiamo quindi passare molto più rapidamente dalla reazione di CO₂-Il processo di cattura e rilascio dell'anidride carbonica cambia più rapidamente rispetto a un sistema a temperatura controllata", afferma de Vries.

Con questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che i fotoacidi possono essere utilizzati in laboratorio per catturare la CO₂ può essere utilizzato. Sulla strada verso la maturità del mercato, i ricercatori vogliono innanzitutto aumentare ulteriormente la stabilità della molecola fotoacida. I ricercatori devono inoltre studiare ancora meglio l'intero processo per ottimizzarlo ulteriormente.