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Aug 14, 2023

Come estrarre l'anidride carbonica dall'acqua di mare

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Mentre l’anidride carbonica continua ad accumularsi nell’atmosfera terrestre, i gruppi di ricerca di tutto il mondo hanno trascorso anni alla ricerca di modi per rimuovere il gas in modo efficiente dall’aria. Nel frattempo, il principale “pozzo” al mondo per l'anidride carbonica proveniente dall'atmosfera è l'oceano, che assorbe circa il 30-40% di tutto il gas prodotto dalle attività umane.

Recentemente, la possibilità di rimuovere l’anidride carbonica direttamente dall’acqua dell’oceano è emersa come un’altra possibilità promettente per mitigare le emissioni di CO2, una possibilità che un giorno potrebbe anche portare a emissioni nette negative complessive. Ma, come i sistemi di cattura dell’aria, l’idea non ha ancora portato ad un utilizzo diffuso, anche se ci sono alcune aziende che tentano di entrare in questo settore.

Ora, un team di ricercatori del MIT afferma di aver trovato la chiave per un meccanismo di rimozione veramente efficiente ed economico. I risultati sono stati riportati questa settimana sulla rivista Energy and Environmental Science, in un articolo dei professori del MIT T. Alan Hatton e Kripa Varanasi, del postdoc Seoni Kim e degli studenti laureati Michael Nitzsche, Simon Rufer e Jack Lake.

I metodi esistenti per rimuovere l'anidride carbonica dall'acqua di mare applicano una tensione attraverso una pila di membrane per acidificare un flusso di alimentazione mediante scissione dell'acqua. Questo converte i bicarbonati presenti nell'acqua in molecole di CO2, che possono poi essere rimosse sotto vuoto. Hatton, professore di ingegneria chimica di Ralph Landau, osserva che le membrane sono costose e che sono necessarie sostanze chimiche per guidare le reazioni complessive degli elettrodi alle due estremità dello stack, aumentando ulteriormente la spesa e la complessità dei processi. "Volevamo evitare la necessità di introdurre sostanze chimiche nelle semicelle dell'anodo e del catodo ed evitare, se possibile, l'uso di membrane", afferma.

Il team ha ideato un processo reversibile costituito da celle elettrochimiche prive di membrana. Gli elettrodi reattivi vengono utilizzati per rilasciare protoni nell'acqua di mare alimentata alle cellule, determinando il rilascio dell'anidride carbonica disciolta dall'acqua. Il processo è ciclico: prima acidifica l'acqua per convertire i bicarbonati inorganici disciolti in anidride carbonica molecolare, che viene raccolta come gas sotto vuoto. Quindi, l'acqua viene alimentata a un secondo set di celle con una tensione inversa, per recuperare i protoni e riportare l'acqua acida ad alcalina prima di rilasciarla nuovamente in mare. Periodicamente, i ruoli delle due celle vengono invertiti una volta che un set di elettrodi è esaurito di protoni (durante l'acidificazione) e l'altro è stato rigenerato durante l'alcalinizzazione.

Questa rimozione di anidride carbonica e la reiniezione di acqua alcalina potrebbero lentamente iniziare a invertire, almeno a livello locale, l’acidificazione degli oceani causata dall’accumulo di anidride carbonica, che a sua volta ha minacciato le barriere coralline e i molluschi, afferma Varanasi, professore di scienze naturali. industria meccanica. La reiniezione dell’acqua alcalina potrebbe essere effettuata attraverso punti di distribuzione dispersi o molto al largo per evitare un picco locale di alcalinità che potrebbe distruggere gli ecosistemi.

“Non saremo in grado di trattare le emissioni dell'intero pianeta”, afferma Varanasi. Ma la reiniezione potrebbe essere effettuata in alcuni casi in luoghi come gli allevamenti ittici, che tendono ad acidificare l’acqua, quindi questo potrebbe essere un modo per contribuire a contrastare tale effetto.

Una volta rimossa dall’acqua, l’anidride carbonica deve ancora essere smaltita, come con altri processi di rimozione del carbonio. Ad esempio, può essere sepolto in formazioni geologiche profonde sotto il fondale marino, oppure può essere convertito chimicamente in un composto come l’etanolo, che può essere utilizzato come carburante per i trasporti, o in altri prodotti chimici speciali. “Si può certamente prendere in considerazione l'utilizzo della CO2 catturata come materia prima per la produzione di sostanze chimiche o materiali, ma non sarà possibile utilizzarla tutta come materia prima”, afferma Hatton. “Rimarrai a corto di mercati per tutti i prodotti che produci, quindi, qualunque cosa accada, una quantità significativa di CO2 catturata dovrà essere sepolta sottoterra”.