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I test sui filtri tessili mostrano risultati promettenti per la cattura del carbonio

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Un nuovo design per un filtro potrebbe aiutare a rimuovere l’anidride carbonica dalle emissioni di gas di combustione e dall’aria. Credito: Sonja Salmon.

I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto di poter filtrare l’anidride carbonica da miscele di aria e gas a tassi promettenti utilizzando un nuovo filtro a base tessile proposto che combina tessuto di cotone e un enzima chiamato anidrasi carbonica, uno degli strumenti della natura per accelerare le reazioni chimiche.

I risultati dei test di laboratorio iniziali rappresentano un passo avanti nello sviluppo di una possibile nuova tecnologia di cattura del carbonio che potrebbe ridurre le emissioni di anidride carbonica dalle centrali elettriche a biomassa, carbone o gas naturale. E mentre il filtro dovrebbe essere ridimensionato in modo significativo, i ricercatori ritengono che il loro design renderebbe questo passaggio più semplice rispetto ad altre soluzioni proposte.

“Con questa tecnologia, vogliamo fermare le emissioni di anidride carbonica alla fonte e le centrali elettriche sono la principale fonte di emissioni di anidride carbonica in questo momento”, ha affermato l’autore principale dello studio Jialong Shen, ricercatore post-dottorato presso l’NC State. “Riteniamo che il vantaggio principale del nostro metodo rispetto a una ricerca mirata in modo simile sia che il nostro metodo potrebbe essere facilmente ampliato utilizzando le tradizionali strutture di produzione tessile”.

Il fulcro del progetto del team di ricerca per un filtro chimico a base tessile proposto è l’enzima anidrasi carbonica presente in natura, che può accelerare una reazione in cui l’anidride carbonica e l’acqua si trasformeranno in bicarbonato, un composto nel bicarbonato di sodio. L’enzima svolge un ruolo importante nel corpo umano; aiuta a trasportare l’anidride carbonica in modo che possa essere espirata.

“Abbiamo preso in prestito questo meraviglioso enzima nel nostro processo per accelerare l’assorbimento di anidride carbonica in una soluzione acquosa”, ha detto Shen.

Per creare il filtro, i ricercatori hanno attaccato l’enzima a un tessuto di cotone a due strati immergendo il tessuto in una soluzione contenente un materiale chiamato chitosano, che agisce come una colla. Il chitosano intrappola fisicamente l’enzima, facendolo aderire al tessuto.

I ricercatori hanno quindi condotto una serie di esperimenti per vedere quanto bene il loro filtro separerebbe l’anidride carbonica da una miscela d’aria di anidride carbonica e azoto, simulando i livelli emessi dalle centrali elettriche. Hanno arrotolato il tessuto in una spirale in modo che possa essere spinto in un tubo. Hanno spinto il gas attraverso il tubo, insieme a una soluzione a base d’acqua. Quando l’anidride carbonica ha reagito con l’acqua nella soluzione e l’enzima, si è trasformata in bicarbonato e ha gocciolato lungo il filtro e il tubo. Quindi, hanno catturato la soluzione di bicarbonato e l’hanno eliminata.

Quando spingevano l’aria attraverso il filtro a una velocità di 4 litri al minuto, potevano estrarre il 52,3% di anidride carbonica con un filtro a pila singola e l’81,7% con un filtro a doppia pila. Sebbene i risultati siano promettenti, devono testare il filtro rispetto alle portate d’aria più veloci utilizzate nelle centrali elettriche commerciali. Per fare un confronto, un’operazione su vasta scala dovrebbe elaborare più di 10 milioni di litri di gas di combustione al minuto. I ricercatori stanno lavorando con i collaboratori per testare su scala più ampia e confrontare la loro tecnologia con altre tecnologie comparabili oggetto di studio.

“È una storia ancora in corso, ma abbiamo ottenuto alcuni risultati iniziali davvero entusiasmanti”, ha affermato la coautrice dello studio Sonja Salmon, professore associato di ingegneria tessile, chimica e scienze presso l’NC State. “Abbiamo fatto progressi molto significativi”.

Oltre a testare i tassi di cattura del carbonio dei filtri, hanno anche testato il funzionamento del filtro dopo cinque cicli di lavaggio, asciugatura e conservazione. Hanno scoperto che potrebbe mantenere un alto livello di prestazioni.

“L’enzima può essere mantenuto a una temperatura più bassa per molto tempo e sarà durevole”, ha detto Shen. “Il tessuto fornisce supporto fisico e struttura, fornendo al contempo un’ampia superficie per reagire con l’anidride carbonica”.

La cattura dell’anidride carbonica è solo una parte del processo: stanno anche lavorando al problema di come riciclare il liquido dopo che è uscito dal filtro, nonché al processo di riconversione del bicarbonato in anidride carbonica in modo che possa essere conservato e smaltiti o utilizzati per altri scopi commerciali.

“Vogliamo rigenerare la soluzione acquosa che utilizziamo con il filtro in modo da poterla utilizzare più e più volte”, ha detto Salmon. “Quel lato del processo necessita di più lavoro, per ridurre al minimo l’energia di rigenerazione del solvente”.

I ricercatori affermano che sono necessarie nuove tecnologie per la cattura del carbonio che richiederebbero meno energia rispetto alle tecnologie di cattura del carbonio commercializzate esistenti, alcune delle quali vengono utilizzate solo per filtrare l’anidride carbonica e rilasciarla nell’atmosfera. Sperano che il loro sistema di cattura del carbonio possa aiutare a ridurre i costi per favorire l’adozione.

“Ci sono molti modi diversi per catturare l’anidride carbonica”, ha detto Shen. “L’attuale standard in ambito commerciale utilizza una reazione così veloce, così robusta e che lega così bene l’anidride carbonica che non è possibile far uscire l’anidride carbonica facilmente. Devi usare temperature molto elevate, il che significa molto consumo di energia. Ciò rende il processo più costoso.”

Lo studio, “Anidrasi carbonica immobilizzata su imballaggi strutturati in tessuto mediante intrappolamento di chitosano per CO2 Capture” è stato pubblicato online in ACS Chimica e ingegneria sostenibili.


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