La separazione tra cattura e conversione della CO2 ha rappresentato finora uno dei principali ostacoli nella lotta all'inquinamento atmosferico industriale. Un team di ricercatori guidato da Wonyong Choi ha sviluppato un elettrodo innovativo capace di integrare entrambi i processi in un'unica soluzione tecnologica, trasformando l'anidride carbonica presente nei gas di scarico direttamente in acido formico, un composto chimico di elevato interesse industriale. I risultati dello studio, pubblicati su ACS Energy Letters e finanziati dalla National Research Foundation of Korea, dimostrano come questa tecnologia superi significativamente le prestazioni dei sistemi esistenti, sia con gas di combustione simulati che in condizioni di concentrazione atmosferica di CO2.
L'approccio tradizionale alla gestione delle emissioni industriali prevede due fasi distinte: prima la cattura del biossido di carbonio dai fumi di scarico, poi la sua conversione chimica. Questa separazione dei processi comporta costi elevati e limita l'applicabilità pratica delle tecnologie di riutilizzo del carbonio. La maggior parte dei sistemi di conversione esistenti, infatti, richiede CO2 concentrata e purificata per operare efficacemente, una condizione raramente presente nei gas di scarico reali, dove l'anidride carbonica si trova mescolata con azoto, ossigeno e altri componenti in concentrazioni variabili.
L'elettrodo progettato da Donglai Pan, Myoung Hwan Oh e dai loro colleghi presenta una struttura a tre strati che consente di superare questa limitazione fondamentale. Il primo strato è costituito da un materiale adsorbente specifico per la CO2, seguito da un foglio di carta di carbonio permeabile ai gas, e infine da uno strato catalitico di ossido di stagno tetravalente. Questa architettura permette ai gas di attraversare l'elettrodo mentre l'anidride carbonica viene simultaneamente catturata e convertita elettrochimicamente in acido formico, senza necessità di pre-concentrazione.
Le prestazioni del dispositivo sono state valutate in condizioni sperimentali progressivamente più realistiche. Con CO2 pura, il sistema ha dimostrato un'efficienza superiore del 40% rispetto agli elettrodi convenzionali per la conversione del carbonio. La vera innovazione emerge però quando l'elettrodo viene esposto a una miscela simulata di gas di combustione contenente 15% di CO2, 8% di ossigeno e 77% di azoto, una composizione che rispecchia quella effettiva dei fumi industriali provenienti da caldaie domestiche, camini e impianti produttivi.
L'acido formico rappresenta un prodotto chimico di notevole valore applicativo. Viene utilizzato nell'industria come agente conservante, nella produzione di composti organici e, in particolare, come vettore energetico nelle celle a combustibile. La possibilità di ottenerlo direttamente dai gas di scarico trasforma un inquinante in una risorsa economicamente valorizzabile, creando un incentivo concreto all'adozione di sistemi di cattura del carbonio.
I ricercatori hanno inoltre testato l'elettrodo in condizioni di concentrazione atmosferica di CO2, dimostrando che il sistema può funzionare anche con le basse concentrazioni presenti nell'aria ambiente, tipicamente intorno alle 420 parti per milione. Questa capacità apre prospettive interessanti per applicazioni di cattura diretta dall'atmosfera, un approccio considerato necessario per raggiungere gli obiettivi di neutralità carbonica.
Come sottolinea Wonyong Choi, questo lavoro dimostra che cattura e conversione del carbonio non devono essere trattate come fasi separate: integrando entrambe le funzioni in un singolo elettrodo, si traccia un percorso più semplice per l'utilizzo della CO2 in condizioni di gas realistiche. La semplicità progettuale del sistema potrebbe facilitare la scalabilità industriale della tecnologia, riducendo i costi di implementazione rispetto alle soluzioni attuali che richiedono multiple unità di processo.
Gli autori dello studio suggeriscono che l'architettura sviluppata potrebbe essere adattata per catturare e convertire anche altri gas serra, come il metano, ampliando ulteriormente il potenziale impatto ambientale della tecnologia. Le prossime fasi della ricerca dovranno concentrarsi sulla durabilità a lungo termine degli elettrodi, sulla loro resistenza ai contaminanti presenti nei gas industriali reali e sull'ottimizzazione dei parametri operativi per massimizzare l'efficienza di conversione su scala industriale.
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