Stoccare la CO2 catturata in nanofibre di carbonio potrebbe condurci alla net-zero (e in più otteniamo anche idrogeno verde)

In questi ultimi anni si è parlato spesso (e sicuramente se ne parlerà anche in futuro) della cosiddetta Cattura e Stoccaggio della CO₂ (ovvero CCS, Carbon Capture&Storage) vista da molte persone (esperte e non sulla tematica) come una delle migliori soluzioni da attuare per contrastare il cambiamento climatico.

In altre parole, se nell'atmosfera c'è una quantità eccessiva di anidride carbonica, tale da rendere l'effetto serra dannoso, catturiamola e stocchiamola dove non può fare danni, ad esempio nelle rocce porose presenti negli ex giacimenti di gas natuale.

Al netto del fatto che delle "strutture" di cattura e stoccaggio della CO₂ esistono già da millenni (e sono alberi ed oceani), ad oggi la CCS è ancora più un progetto che una strada realmente percorribile, con precise linee guida, macchinari, costi e benefici ben delineati, soprattutto riguardo al dove stoccare l'anidride carbonica catturata (in modo sicuro e per moltissimo tempo, similmente a quanto avviene per le scorie radioattive), evitando che torni in atmosfera.

A risolvere questa incognita potrebbe essere lo studio redatto dal gruppo di ricerca multiaccademico del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e della Columbia University, guidato da Jingguang Chen, professore di ingegneria chimica alla Columbia University, che ha individuato nelle nanofibre di carbonio il "posto" giusto dove stoccare la CO₂ catturata, trasformandola in questo modo in una risorsa dagli innumerevoli usi.

"Le nanofibre di carbonio vengono utilizzate, ad esempio, per rafforzare il cemento nell'industria edile, il che significa che per i prossimi 50 anni, se non più, avremmo delle strutture in grado di trattenere al loro interno l'anidride carbonica catturata", ha affermato Jingguang Chen, illustrando uno dei possibili casi d'uso di queste nanofibre.

Il team accademico ha inoltre messo a punto un nuovo processo di conversione per trasformare l'anidride carbonica in carbonio in forma solida (passando quindi dal CO₂ a CO, per il syngas, e C per il carbonio) in modo più efficiente e meno dispendioso a livello energetico, ovvero utilizzando reazioni elettrocatalitiche e termocatalitiche in tandem che si svolgono a temperature e pressioni ambientali relativamente basse. Come ulteriore bonus, questo iter permette di ricavare anche idrogeno.

"Stiamo cercando di convertire la CO₂ in qualcosa che abbia valore aggiunto, oltre che una forma solida", ha spiegato Chen. "Tuttavia, prima di tutto dovevamo mettere a punto un processo di estrazione del carbonio dall'anidride carbonica che fosse il più possibile semplice, economico ed efficiente, altrimenti sarebbe stato impossibile produrre nanofibre di carbonio su larga scala. Ad oggi, infatti, il processo diretto di scissione del carbonio dalla CO₂ necessita di temperature molto alte, superiori a 1.000 gradi Celsius, ed era quindi irrealistico pensare di poter sfruttare il medesimo iter. Abbiamo quindi perfezionato una reazione che possa avvenire a circa 400 gradi Celsius, una temperatura molto più pratica e raggiungibile a livello industriale".

L'intuizione, poi rivelatasi corretta, è stata quella di dividere la reazione in fasi e di utilizzare due diversi tipi di catalizzatori, uno per la fase elettrocatalitica e l'altro per quella termocatalitica.

"Disaccoppiando la reazione in diverse fasi di "sottoreazione", è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di diversi tipi di input energetici e catalizzatori per far funzionare ciascuna fase", ha spiegato Zhenhua Xie, ricercatore del Brookhaven Lab e della Columbia University.

In una prima fase, il gruppo ha utilizzato un elettrocatalizzatore disponibile in commercio costituito da palladio e carbonio, passando successivamente a un termocatalizzatore costituito da una lega ferro-cobalto, attivabile dal calore.

"Abbinando l'elettrocatalisi e la termocatalisi, stiamo utilizzando questo processo tandem per ottenere risultati che non possono essere raggiunti con nessuno dei due processi da soli", ha affermato Chen. "Non solo, questa strategia tandem apre la porta anche alla possibilità di utilizzare esclusivamente energia rinnovabile ed inoltre, assieme al carbonio in forma solida, possiamo ottenere anche idrogeno verde".

Lo studio "CO₂ fixation into carbon nanofibres using electrochemical–thermochemical tandem catalysis" è stato pubblicato sulla rivista Nature Catalysis.

Nei mesi scorsi abbiamo trattato questo tema diverse volte, parlando sia di chi ritiene questa strategia difficilmente attuabile per via degli alti costi (come ad esempio il Canada), sia di chi - al contrario - questa strada la sta percorrendo, costruendo non solo dei processi industriali, ma anche un'impresa, come l'italiana Limenet. Di seguito, gli articolo che vi abbiamo dedicato:

• L'UE intende legittimare la CCS, ma il pericolo greenwashing è dietro l'angolo;

• Trasformare la CO2 in CO: una soluzione d'oro per la lotta al cambiamento climatico;

• Dalla CCS alla DACC, così gli Stati Uniti intendono investire quasi 4 mld di dollari contro i cambiamenti climatici;

• Canada: la CCS – Cattura&Stoccaggio del carbonio – costa troppo e richiede troppo tempo;

• Da CO2 a bicarbonati di calcio grazie a Limenet, un'innovativa tecnologia già in uso a La Spezia;

• Cattura e Stoccaggio della CO2: ecco come il MIT ha reso il processo efficiente e poco dispendioso;