L’ansia per l’aumento delle applicazioni di aminosilice iperramificata riguarda meno la tecnologia e più la sequenza temporale. Conosciamo la procedura. I livelli di anidride carbonica stanno aumentando. Gli scienziati del clima concordano sul fatto che gli esseri umani siano un fattore importante, anche se si sente ancora dire che è tutto un ciclo naturale. Stiamo cavalcando quell’onda, che ci piaccia o no. Per rallentare la deriva, i ricercatori sono alla ricerca di carburanti che non rilascino CO2 come fa la benzina.
I biocarburanti come l’etanolo cellulosico ricavato dal mais o dal panico verga aiutano. Riducono le emissioni fino all’85% rispetto ai combustibili fossili. Questo è significativo. Ma non è zero. L’idrogeno è più pulito. Brucialo in un motore e l’unica uscita sarà l’acqua. L’elettricità eolica o solare è ancora migliore perché non produce emissioni nel punto di utilizzo. Il problema è la maturità. Queste tecnologie sono ancora in fase di sviluppo. Si trovano ad affrontare ostacoli difficili come costi elevati e uno scarso rapporto energetico netto. Per produrre il carburante si impiega più energia di quella che si ottiene bruciandolo.
Il petrolio governa ancora il mondo. Alimenta gli aeroplani, i camion merci e le centrali elettriche. Domina l’economia globale. Quindi la domanda diventa ovvia. Se non possiamo ancora sfuggire al petrolio, perché non catturare la CO2 che rilascia?
Questo è esattamente ciò su cui stanno indagando il professor Chris Jones e il suo team del Georgia Institute of Technology. Hanno sviluppato un materiale chiamato amminosilice iperramificata (HAS). Cattura e immagazzina le emissioni di anidride carbonica. La grande domanda rimane. Vedremo presto terminali di scarico realizzati con questo materiale? E cos’è esattamente l’HAS?
Comprendere l’aminosilice iperramificata
Il nome è un boccone, ma il concetto è semplice. HAS è una struttura chimica progettata per catturare molecole di CO2. Agisce come una spugna per le emissioni di carbonio. Il team della Georgia Tech ha progettato questo materiale specifico per colmare il divario tra l’attuale dipendenza dal petrolio e la necessità di ridurre le emissioni di gas serra. Non è una sostituzione del carburante. È una strategia di controllo delle emissioni.
Il materiale funziona interagendo con i gas di scarico. Invece di lasciare che la CO2 fuoriesca nell’atmosfera, HAS si lega ad essa. Questo processo immagazzina il carbonio in una forma stabile. Impedisce al gas di contribuire all’effetto serra. La tecnologia è ancora in fase di ricerca. Non è qualcosa che puoi imbullonare sul tuo veicolo attuale oggi. Ma rappresenta un cambiamento nel modo in cui pensiamo ai motori a combustione interna.
Perché concentrarsi sull’acquisizione invece che sulla conversione? Perché le infrastrutture per il petrolio sono troppo radicate per poter essere sostituite da un giorno all’altro. Per cambiare l’intera catena di approvvigionamento globale, dal petrolio greggio all’idrogeno o all’elettricità rinnovabile, ci vogliono decenni. La cattura delle emissioni alla fonte offre un ponte. Permette ai sistemi esistenti di funzionare con un impatto climatico minore.
La scienza dietro HAS si basa sulla sua composizione chimica. La parte “aminosilice” si riferisce ai legami silicio-ossigeno con gruppi amminici attaccati. Questi gruppi amminici sono reattivi. Hanno un’elevata affinità per l’anidride carbonica. La struttura “iperramificata” aumenta la superficie disponibile per queste reazioni. Una maggiore superficie significa più CO2 catturata per unità di materiale. Questa efficienza è fondamentale per rendere la tecnologia praticabile nelle applicazioni automobilistiche.
Le sfide pratiche della cattura del carbonio
Non c’è pranzo gratis in ingegneria. HAS deve affrontare gli stessi ostacoli delle altre tecnologie di combustibili alternativi. Il costo è l’ostacolo più grande. Produzione di prodotti chimici specializzati
Perché le centrali elettriche battono le automobili in termini di emissioni di carbonio
Mettiamo in chiaro i conti. Potresti supporre che il tubo di scarico sia il problema più grande. Non lo è. Negli Stati Uniti, il carbone rappresenta il 50% dell’energia immessa nella rete. A livello globale, la produzione di energia è responsabile del 26% delle emissioni di CO2. Trasporti? Solo il 13%. Le automobili sono un sintomo. Le ciminiere sono la fonte.
Ecco perché il dottor Chris Jones del Georgia Institute of Technology non guarda il tuo tubo di scappamento. Sta guardando i gas di combustione che escono dai camini industriali. Il materiale in questione è l’amminosilice iperramificata o HAS. Sembra sabbia bianca. È una polvere. Ma all’interno la struttura è complessa.
Jones e il suo team hanno utilizzato il legame covalente per collegare le ammine (composti organici a base di azoto) con la silice (quarzo). Il risultato crea una struttura ad albero con molti rami. All’estremità di questi rami si trovano i siti amminici. Questi siti sono progettati per afferrare le molecole di CO2 e trattenerle saldamente.
Come funziona il processo di acquisizione
Quando i gas di scarico passano attraverso questo composto, la CO2 rimane intrappolata. Si attacca. Non si allontana. Per riaverlo, devi riscaldare il materiale. Una volta rilasciata, l’anidride carbonica può essere catturata e immagazzinata. Questo è il sequestro del carbonio.
Ma non si tratta solo di seppellire il gas. C’è un caso d’uso. In Louisiana, un’azienda coltiva alghe per biocarburanti. Nutrono la CO2 catturata dalle alghe. Le alghe crescono. Il carburante è pronto. Il ciclo si ripete.
Questo approccio presenta vantaggi distinti rispetto ai metodi precedenti. Innanzitutto è riciclabile. Il team della Georgia Tech ha testato un singolo lotto 12 volte. Non si è verificato alcun calo evidente nella capacità di assorbimento. In secondo luogo, gestisce bene l’umidità. Il vapore acqueo è sempre presente nei gas di combustione e di solito uccide altri metodi di cattura. A HA non importa. Infine, l’apporto energetico è basso. L’unica energia richiesta è il calore necessario per rilasciare successivamente la CO2.
Gli ostacoli dell’ingegneria
Non è ancora una soluzione perfetta. Ci sono punti di attrito. La reazione tra CO2 e i siti amminici genera calore. Il materiale funziona meglio a temperature fresche. Quindi gli ingegneri devono affrontare un problema di gestione termica. Devono rimuovere rapidamente il calore generato per mantenere efficiente la rilegatura.
Poi c’è l’applicazione fisica. Come lo metti in una ciminiera? Lo riempi come la sabbia? Crei dischi rimovibili che sigillano le aperture dello stack? Queste sono domande pratiche di ingegneria che rimangono aperte.
Il risultato finale
La tua auto avrà un terminale di scarico HAS? Probabilmente no. Lo stoccaggio del carbonio proveniente da ogni singolo veicolo è troppo costoso e inefficiente. La scala è sbagliata.
Ma se la Georgia Tech riesce a ripulire le ciminiere, l’impatto sarà enorme. Stai prendendo di mira la più grande fonte di emissioni, non la più piccola. È una strategia diversa. È uno swing più grande. E se riescono a risolvere i problemi legati al calore e alle applicazioni, è un percorso praticabile per ridurre i livelli globali di CO2. Le alghe in Louisiana stanno già crescendo. La domanda è se le ciminiere seguiranno.
