Ricercatori negli Stati Uniti e in Israele hanno dimostrato una cella di cattura del carbonio simile a una batteria, in grado di funzionare per 5,000 ore e scalabile fino a una configurazione a nove celle, avvicinando così la cattura elettrochimica all'utilizzo nel mondo reale.
Un nuovo studio dimostra che un dispositivo a batteria per la cattura elettrochimica diretta dell'aria ha funzionato per 5,000 ore in laboratorio. I ricercatori dell'Università del Delaware e della startup israeliana RepAir DAC hanno pubblicato i loro risultati su Nature Energy il 22 settembre. Quattro dei nove autori lavorano presso RepAir, con sede a Zichron Ya'akov, in Israele. Altri cinque, tra cui l'ingegnere chimico Yushan Yan, lavorano presso l'Università del Delaware.
Il team ha utilizzato celle costruite attorno a elettrodi di idrossido di nichel e una membrana a scambio di idrossido. Il dispositivo preleva l'anidride carbonica dall'aria e funziona esclusivamente con l'elettricità. Al contrario, la maggior parte dei grandi impianti di cattura odierni utilizza il calore per rilasciare l'anidride carbonica intrappolata.
Come funziona la cellula
Il dispositivo è una cella simmetrica, il che significa che entrambi gli elettrodi utilizzano lo stesso materiale. A un elettrodo, l'ossidrossido di nichel si trasforma in idrossido di nichel. All'altro, avviene la reazione inversa.
Queste reazioni creano idrossido da un lato della cellula e lo consumano dall'altro. Di conseguenza, la cellula crea un gradiente di pH attraverso la membrana. L'aria fluisce sul lato alcalino, dove l'anidride carbonica reagisce e si dissolve. La cellula rilascia quindi il gas dall'altro lato sotto forma di flusso concentrato.
Poiché entrambi gli elettrodi condividono la stessa composizione chimica, la tensione di riposo della cella è pari a zero. In una precedente pubblicazione preliminare , il team ha spiegato che la maggior parte della tensione viene utilizzata per creare il gradiente di pH. La parte restante alimenta le reazioni elettrodiche.
Da una piccola cellula a una pila
Lo studio ha inizialmente testato un piccolo dispositivo da laboratorio con una superficie di 25 centimetri quadrati, un quadrato di cinque centimetri per lato. È rimasto in funzione per 5,000 ore, fornendo una prima indicazione sulla durata degli elettrodi e della membrana. La durabilità è spesso il punto debole delle nuove tecnologie di cattura.
Il team ha quindi ampliato il sistema con una pila di nove celle, ciascuna di 300 centimetri quadrati. Questa pila ha catturato anidride carbonica con un costo energetico di 132 kilojoule per mole. Ciò corrisponde a circa 0.83 megawattora per tonnellata. Il tasso di cattura della pila ha raggiunto 0.19 moli di anidride carbonica per metro quadrato all'ora.
Un aspetto cruciale per gli impianti reali è che la pila soddisfaceva i requisiti di pressione per movimentare grandi volumi d'aria. I ventilatori che spingono l'aria attraverso un'unità di cattura consumano energia, quindi una bassa caduta di pressione contribuisce a ridurre i costi di esercizio. Il preprint indicava che la caduta di pressione del sistema in scala era inferiore a 300 pascal, dieci volte inferiore rispetto alle celle di laboratorio.
Un percorso al di sotto dei 100 dollari a tonnellata
Gli autori affermano che il progetto prevede costi inferiori a 100 dollari per tonnellata di anidride carbonica rimossa. Questa cifra è da tempo un punto di riferimento per il settore della cattura diretta di CO2 dall'aria su larga scala. Tuttavia, l'articolo delinea un percorso, e un impianto funzionante deve ancora dimostrarne la validità.
Il preprint confrontava anche il consumo energetico con quello di un progetto esistente di Carbon Engineering, indicando un valore di 1.47 megawattora per tonnellata. Il risultato pubblicato per la ciminiera si colloca ben al di sotto di tale cifra, sebbene i due sistemi differiscano per maturità e dimensioni.
Di cosa ha ancora bisogno la cattura elettrochimica diretta dell'aria
L'energia rappresenta una delle maggiori voci di spesa per qualsiasi impianto di cattura. Per questo motivo, la cattura elettrochimica diretta dell'aria suscita interesse. Un dispositivo alimentato da elettricità pulita, senza necessità di calore ad alta temperatura, potrebbe essere installato accanto a parchi eolici o solari. Inoltre, potrebbe attivarsi quando l'energia è economica e rimanere inattivo quando lo è.
Tuttavia, 5,000 ore sono meno di sette mesi di funzionamento continuo. Un impianto commerciale avrebbe bisogno che le sue celle durassero anni. Il pacco da nove celle è inoltre molto più piccolo dei moduli che verrebbero utilizzati in un impianto.
Ciononostante, il risultato contribuisce a un campo in espansione. Il settore più ampio della cattura diretta dell'aria si sta spostando dai progetti pilota verso impianti di maggiori dimensioni. Per la cattura elettrochimica diretta dell'aria, il prossimo test consiste in un progetto pilota di maggiori dimensioni che opererà per mesi al di fuori del laboratorio.
