Un nuovo metodo di fabbricazione crea membrane economiche in grado di rimuovere l’anidride carbonica dalle emissioni industriali.
di Lisa Ovi
Ricercatori dell’Università del Tennessee e dell’Oak Ridge National Laboratory stanno facendo progressi nella creazione di nuovi materiali per processi di separazione di gas a membrana, capaci di ridurre le emissioni industriali di carbonio assorbendo i gas emessi. La ricerca è stata pubblicata dalla rivista Chem.
Quando si parla di Carbon Capture and Storage si parla di tecnologie volte a catturare e sequestrare le emissioni di gas serra generata dai processi di combustione prima che possano raggiungere l’atmosfera. Ogni tecnologia di questo genere è fondamentalmente in corso di sperimentazione, con risultati alterni. Sono anzitutto piuttosto costose e non possono trovare applicazione che in grandi impianti industriali (centrali elettriche, siderurgia, chimica), certamente una fonte importante delle emissioni di anidride carbonica.
Le membrane per filtrare gas stanno emergendo tra le tecnologie in via di sviluppo più promettenti. A differenza dei metodi chimici esistenti per il sequestro dell’anidride carbonica, le membrane sarebbero facili da installare e non richiedono né manutenzione, né alimentazione per lunghi periodi di tempo.
Uno degli ostacoli principali alla realizzazione di queste membrane sono elettività e permeabilità, variabili chiave per la valutazione delle prestazioni di cattura delle emissioni negli ambienti reali. Il concetto è semplice: una membrana sottile e porosa funge da filtro per le miscele di gas di scarico, permettendo selettivamente all’anidride carbonica o alla CO2 di fluire liberamente in un collettore mantenuto a pressione ridotta. Idealmente, però, la membrana dovrebbe evitare ad ossigeno, azoto ed altri gas di seguire la stessa strada.
Molte delle membrane che operano separando le molecole gassose in base alle dimensioni si piegano ad un compromesso tra permeabilità e selettività noto come limite di Robeson che vede la permeabilità sacrificata alla selettività e viceversa. I materiali con selettività e permeabilità sufficientemente elevate per separare i gas in maniera efficiente sono rari e spesso costosi
Per riuscire nel proprio compito con il minor dispendio di energia e costi possibile, queste membrane hanno bisogno di pressione da un lato e, solitamente, di vuoto dall’altro, per assicurare un ambiente a flusso libero senza il supporto macchinari aggiuntivi che spingano i gas attraverso il sistema.
Per migliorare le prestazioni di cattura e sequestro, i ricercatori hanno provato ad introdurre atomi di fluoro nei materiali delle membrane. Utilizzato per comuni prodotti come il teflon e il dentifricio, il fluoro è un elemento comune ed economico capace di attrarre l’anidride carbonica. Mancava finora una tecnica che permettesse di incorporarlo in altri materiali.
Il primo passo dei ricercatori è stato creare un polimero a base di fluoro utilizzando semplici metodi chimici e materiali di base disponibili in commercio. Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato il calore per trasformare il materiale e conferirgli la struttura porosa e la funzionalità necessarie per catturare CO2.
Il processo in due fasi ha preservato i gruppi fluorurati e ha aumentato la selettività di CO2 nel materiale finale, superando un ostacolo fondamentale riscontrato in altri metodi sintetici. L’approccio ha creato un materiale filo-anidride carbonica dotato di ultra-micropori su grandi superfici, stabile in condizioni operative ad alta temperatura e caratterizzato da alti tassi di selettività e permeabilità che superano il limite superiore di Robeson a costi ridotti.
Sotto la direzione di Zhenzhen Yang, del dipartimento di chimica della UT, e di Ilja Popovs, dell’ORNL, i ricercatori intendono ora studiare il meccanismo che permette alle membrane fluorurate di assorbire e trasportare anidride carbonica, un passo fondamentale per passare alla progettazione di nuovi sistemi di cattura delle emissioni.
Immagine: Geralt, Pixabay
