Il nuovo filtro in tessuto di cotone della NCSU si dimostra promettente come dispositivo di rimozione della CO2

Data di pubblicazione: Giugno 3, 2022

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

IL risultati dai primi test di laboratorio 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 anche se le dimensioni del filtro dovrebbero essere notevolmente ingrandite, 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 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 impianti di produzione tessile tradizionali».

Il fulcro del progetto del gruppo di ricerca per un filtro chimico proposto a base tessile 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 del 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 dell'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 eseguito una serie di esperimenti per vedere quanto bene il loro filtro avrebbe separato l’anidride carbonica da una miscela d’aria di anidride carbonica e azoto, simulando i livelli emessi dalle centrali elettriche. Hanno arrotolato il tessuto a spirale in modo che possa essere infilato in un tubo. Hanno spinto il gas attraverso il tubo, insieme ad una soluzione a base d'acqua. Quando l'anidride carbonica reagiva con l'acqua nella soluzione e con l'enzima, si trasformava in bicarbonato e gocciolava lungo il filtro e il tubo. Quindi, hanno catturato la soluzione di bicarbonato e l'hanno eliminata.

Quando hanno spinto l’aria attraverso il filtro a una velocità di 4 litri al minuto, sono riusciti a estrarre 52,3% di anidride carbonica con un filtro a strato singolo e 81,7% con un filtro a doppio strato. Sebbene i risultati siano promettenti, è necessario testare il filtro rispetto alle portate d’aria più elevate utilizzate nelle centrali elettriche commerciali. Per fare un confronto, un’operazione su vasta scala dovrebbe trattare più di 10 milioni di litri di gas di combustione al minuto. I ricercatori stanno lavorando con i collaboratori per effettuare test su scala più ampia e per confrontare la loro tecnologia con altre tecnologie comparabili in fase di studio.

"È una storia ancora in corso, ma abbiamo ottenuto alcuni risultati iniziali davvero entusiasmanti", ha affermato il coautore dello studio Sonja Salmon, professore associato di ingegneria tessile, chimica e scienza presso 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 poteva mantenere un alto livello di prestazioni.

"L'enzima può essere mantenuto a una temperatura più bassa per un tempo molto lungo e sarà duraturo", ha detto Shen. "Il tessuto fornisce supporto fisico e struttura, fornendo allo stesso tempo un'ampia superficie per reagire con l'anidride carbonica."

Catturare l'anidride carbonica è solo una parte del processo: stanno anche lavorando al problema di come riciclare il liquido dopo che esce dal filtro, nonché al processo di trasformazione del bicarbonato in anidride carbonica in modo che possa essere immagazzinato 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 affermato 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 esistenti e commercializzate, 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 contribuire a ridurre i costi per favorire l’adozione.

"Esistono molti modi diversi per catturare l'anidride carbonica", ha detto Shen. “Lo standard attuale in ambito commerciale utilizza una reazione così rapida, così robusta e che lega l'anidride carbonica così bene che non è possibile estrarla facilmente. È necessario utilizzare temperature molto elevate, il che significa un grande consumo di energia. Ciò rende il processo più costoso.

Lo studio “Anidrasi carbonica immobilizzata su imballaggi strutturati tessili utilizzando chitosano intrappolamento per CO₂ Cattura” era pubblicato online in ACS Chimica e Ingegneria Sostenibili. Tra i coautori figurava Yue Yuan, che ha completato il suo dottorato di ricerca. nella squadra di Salmon. Lo studio è stato sostenuto da NC State e dall'Alliance for Sustainable Energy, gestore e operatore appaltatore del National Renewable Energy Laboratory (NREL) per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, attraverso un progetto finanziato dal Bioenergy Technologies Office (BETO), come collaborazione tra NREL, NC State e il Centro per la ricerca energetica applicata dell'Università del Kentucky, utilizzando enzimi di Novozymes.

Fonte articolo originale: WRAL TechWire