cover-una-battaglia-che-unisce.jpg

Una battaglia che unisce il mondo: catturare la CO₂

La CO₂ è la principale responsabile del cambiamento climatico. I centri di ricerca di tutto il mondo sono dunque impegnati per catturarla e trasformarla

05 febbraio 2020
8 min di lettura
di
05 febbraio 2020
8 min di lettura

La colpevole del cambiamento climatico

Sulla Terra abbiamo un problema: l’anidride carbonica che si sta accumulando, e non è prodotta dalla respirazione dei 7 miliardi e mezzo di persone, ma dall’uso dei combustibili utilizzati per scaldarci, muoverci e costruire tutto quello che ci serve. Tutte le autorità scientifiche internazionali hanno riconosciuto che l’eccesso di anidride carbonica nell’atmosfera è il principale responsabile del cambiamento climatico. Per questo i centri ricerche di tutto il mondo stanno sviluppando sistemi per catturarla. Abbiamo già raccontato delle tecnologie CCS (Carbon Capture and Storage) che permettono di sequestrare la CO2 in modo permanente bloccandola da qualche parte. E abbiamo parlato di quelle basate sulla trasformazione della CO2 in qualche sostanza utile, raccolte sotto la sigla CCU (Carbon Capture and Utilization). Ma c’è anche chi pensa di catturare questo gas serra direttamente dall’atmosfera.    

img-colpevole-cambiamento-new.jpg

Come trattare la CO2

Il metodo più noto è quello di sfruttare le proprietà acide dell’anidride carbonica facendola reagire con una base. Il principio per cui le molecole di CO2 reagiscono con idrossido di litio (LiOH) per formare il relativo carbonato Li2CO3 è stato applicato durante la missione Apollo 13. In questo modo la CO2 si fissa chimicamente producendo un sale solido che rimane intrappolato nel filtro. Un successivo trattamento termico permette di liberarla, nel caso della missione spaziale fuori dalla navicella, rigenerando il filtro.
Lo stesso meccanismo di reazione è stato sfruttato nei sistemi di filtraggio degli space shuttle e ancora in uso nelle cosmonavi russe Soyuz usando rispettivamente ossidi metallici e idrossido di potassio (KOH). Oggi numerosi centri ricerche stanno studiando come diminuire la quantità di anidride carbonica presente in atmosfera. I metodi principali si possono suddividere in due grandi classi: quella dell’assorbimento fisico che prevede il temporaneo intrappolamento delle molecole di CO2 all’interno di strutture porose come zeoliti, carboni attivi o microscopiche spugne metallo-organiche, e dell’assorbimento chimico per cui la CO2 forma dei veri e propri legami con un apposito substrato. In entrambi i casi l’anidride carbonica può essere recuperata in maniera concentrata tramite trattamento termico ripristinando così la matrice attiva per un altro ciclo di cattura.

Il paradosso della quantità di CO2 in atmosfera

Ce n’è troppa di CO2 in atmosfera: ma in realtà è pochissima. O meglio, è estremamente diluita: 400 parti per milione significa che solo lo 0,04% dell’aria è costituita da anidride carbonica. E meno male, perché se superasse lo 0,2% cominceremmo ad avere difficoltà a respirare. Purtroppo, questa bassa concentrazione è il principale ostacolo alla cattura diretta dall’aria. Infatti, per fare passare un litro di CO2 attraverso i nostri filtri, chimici o fisici, dobbiamo farli attraversare da 2500 litri di aria. Per questo motivo non è stato ancora costruito alcun vero impianto industriale ma la ricerca è ancora ferma a esperimenti di laboratorio o su piccolissima scala. Nel 2011 uno studio della American Physical Society ha stimato in una media di 530 € il costo per rimuovere una sola tonnellata di CO2 dall’aria. I progetti attualmente in fase di valutazione stimano che questi costi siano inizialmente di 900 € con la speranza che si assestino sui 90€, sempre per tonnellata di anidride carbonica sequestrata. Costi che non sono competitivi con quelli necessari per catturare la CO2 direttamente dai camini e dai tubi di scappamento, dove questa è del 15% circa. Circa altrettanta è l’acqua, o meglio il vapore, mentre il 71% è azoto, che passa attraverso i motori senza partecipare alle reazioni.
Per questo, buona parte della ricerca per la decarbonizzazione non si orienta sulla cattura diretta del carbonio dall’aria ma su un approccio congiunto.
Non esiste una semplice formula magica per impedire il cambiamento climatico: dobbiamo lavorare su più fronti. Prima di tutto, dobbiamo promuovere ricerca, sviluppo e diffusione delle fonti rinnovabili e, nella transizione verso un futuro basato su queste tecnologie energetiche pulite, dobbiamo sfruttare in modo più efficiente le fonti energetiche fossili, privilegiando quelle che producono meno CO2 a parità di energia sviluppata (primo fra tutti il gas naturale). In parallelo, dobbiamo allungare la vita utile dei prodotti anche attraverso una loro progettazione che consenta un facile recupero, riciclo e riuso dei materiali. Infine, dobbiamo difendere le foreste e le aree verdi che, per il momento, sono i sistemi più efficienti e economici che abbiamo a bordo per la cattura diretta della CO2 dall’aria si chiamano alberi.

img-paradosso-quantita-new.jpg

Imitare gli alberi, i campioni della cattura

Nelle piante il principio è abbastanza semplice: la luce solare serve da fonte di energia per convertire l’anidride carbonica presente nell’atmosfera in materiale organico, in particolare in zuccheri. Ma, siccome la catena delle reazioni chimiche in gioco è assai complessa, il rendimento della conversione dell’energia solare in materiale organico è piuttosto basso, in certi casi addirittura inferiore all’1%. Si potrà fare di meglio con un dispositivo artificiale, con una macchina creata dall’uomo? È quello che hanno cominciato a fare nei laboratori del Collège de France di Parigi. L’idea è questa: utilizzare un sistema fotovoltaico per convertire l’irraggiamento solare in energia elettrica, con la quale alimentare una cella elettrochimica che ossida l’acqua su un elettrodo e riduce l’anidride carbonica sull’altro, in modo da trasformare la CO2 in altre molecole: monossido di carbonio, metano, metanolo, o altro a seconda di come si regola la reazione. L’idea non è nuova, per la verità, ma finora questi dispositivi richiedevano l’uso di materiali rari, costosi e in molti casi inquinanti: gallio, iridio, arsenico. Ed ecco la sfida: costruire una macchina che imita le piante per rubare anidride carbonica dall’aria spendendo poco e non producendo inquinamento.
Al Collège de France sembra ci siano riusciti, almeno in via sperimentale. Nella macchina messa a punto a Parigi gli elettrodi non sono realizzati con metalli esotici, ma con semplice rame ricoperto da una struttura porosa, che presenta minuscole cavità nelle quali sono celate delle piccole protuberanze, al fine di aumentare la superficie effettiva dell’elettrodo. In questo modo, l’efficienza del processo di riduzione dell’anidride carbonica a idrocarburi (etilene ed etano soprattutto) arriva a superare il 20% e il rendimento del sistema, inteso come rapporto tra l’energia solare catturata dalla cella fotovoltaica e quella contenuta negli idrocarburi prodotti, è pari al 2,3%, molto meglio della maggior parte delle piante. Certo, è soltanto di un esperimento, peraltro riuscitissimo, ma la strada sembra molto promettente, tanto che diversi gruppi industriali francesi hanno manifestato molto interesse. Si tratta – dicono i ricercatori – di mettere a punto un apparecchio più facilmente replicabile e di ridurne i costi fino a renderlo conveniente rispetto a tutte le altre strategie di abbattimento della CO2.

Trasformare la CO2 in carbonio? Un esperimento australiano

Sempre nel campo della ricerca sulla decarbonizzazione, un gruppo di ricercatori australiani ha messo a punto una nuova tecnica che consente di trasformare l’anidride carbonica in carbonio solido in scaglie, perfettamente accumulabile e, soprattutto, capace di generare nuova energia. Il procedimento è descritto tecnicamente in un lungo articolo, apparso su Nature Communications il 26 febbraio, a firma di Dorna Estrafilzadeh e di altri ricercatori della Royal Melbourne Institute of Technology University, in collaborazione con le università di Munster, Germania, di Nanjing, Cina, e del North Carolina, USA. 

La CO2, un tesoro energetico per il futuro

GUARDA

La batteria-cattura CO2

GUARDA