Scoperta una nuova nanotecnologia per la cattura del carbonio
Introduzione
Ricercatori dell’Università di Stato dell’Oregon hanno scoperto un nuovo nanomateriale, noto come struttura metallo-organica (MOF), in grado di rimuovere in modo efficiente l’anidride carbonica dalle emissioni industriali, anche in condizioni di umidità. Questo nuovo MOF, composto da alluminio e un comune legante, offre una soluzione promettente ad alcune delle sfide nella cattura del carbonio, tra cui i costi elevati e l’efficacia ridotta in ambienti umidi.
La ricerca
Il potenziale del nanomateriale
Gli scienziati del College of Science dell’Università di Stato dell’Oregon hanno dimostrato il potenziale di un nanomateriale economico per filtrare l’anidride carbonica dai contaminanti industriali. I risultati, pubblicati in Cell Reports Physical Science, sono importanti perché i metodi migliorati di cattura del carbonio sono fondamentali per affrontare il cambiamento climatico, ha affermato Kyriakos Stylianou dell’OSU, che ha guidato lo studio.
La sfida della cattura del carbonio
Le strutture che filtrano il carbonio dall’aria stanno iniziando a sorgere in tutto il mondo – la più grande del mondo è stata aperta nel 2021 in Islanda – ma non sono ancora pronte a fare una grande differenza nel problema delle emissioni mondiali, nota Stylianou. In un anno, l’impianto islandese può estrarre una quantità di anidride carbonica equivalente alle emissioni annuali di circa 800 automobili.
Le tecnologie esistenti
Tuttavia, le tecnologie per mitigare l’anidride carbonica al punto di ingresso nell’atmosfera, come una fabbrica, sono relativamente ben sviluppate. Una di queste tecnologie coinvolge nanomateriali noti come strutture metallo-organiche, o MOF, che possono intercettare le molecole di anidride carbonica attraverso l’adsorbimento mentre i gas di scarico fanno la loro strada attraverso i camini.
Il nuovo MOF
“Abbiamo cercato di ideare un MOF per affrontare le varie limitazioni dei materiali attualmente utilizzati nella cattura del carbonio: costo elevato, scarsa selettività per l’anidride carbonica, bassa stabilità in condizioni umide e basse capacità di assorbimento di CO2”, ha detto Stylianou.
Le MOF sono materiali porosi cristallini composti da ioni metallici positivamente carichi circondati da molecole organiche “leganti” note come ligandi. Gli ioni metallici formano nodi che legano le braccia dei leganti per formare una struttura ripetitiva che assomiglia a una gabbia; la struttura ha pori di dimensioni nanometriche che assorbono i gas, simili a una spugna.
“In questo studio, introduciamo una MOF composta da alluminio e un legante facilmente disponibile, l’acido benzene-1,2,4,5-tetracarbossilico”, ha detto Stylianou. ”La sintesi del MOF avviene in acqua e richiede solo un paio di ore. E il MOF ha pori di dimensioni comparabili a quelle delle molecole di CO2, il che significa che c’è uno spazio confinato per incarcerare l’anidride carbonica.”
Conclusione
Il nuovo MOF funziona bene in condizioni umide e preferisce l’anidride carbonica all’azoto, il che è importante perché gli ossidi di azoto sono un ingrediente nei gas di scarico. Senza questa selettività, il MOF potrebbe potenzialmente legarsi alle molecole sbagliate. “Questo MOF è un eccellente candidato per le applicazioni di cattura del carbonio post-combustione in condizioni umide”, ha detto Stylianou. ”È economico con prestazioni di separazione eccezionali e può essere rigenerato e riutilizzato almeno tre volte con capacità di assorbimento comparabili.”
Lo studio è stato sostenuto dal College of Science dell’Università di Stato dell’Oregon, dal Dipartimento di Chimica dell’OSU e da Brian e Marilyn Kleiner. Hanno partecipato alla ricerca anche scienziati della Columbia University, del Pacific Northwest National Laboratory e di Chemspeed Technologies AG della Svizzera, così come i chimici dell’Oregon State Ryan Loughran, Tara Hurley e Andrzej Gładysiak.