Le membrane per la separazione dei gas rappresentano una tecnologia promettente per ridurre le emissioni industriali. Una nuova ricerca ne ha migliorato sia la selettività che la permeabilità
Membrane fluorate per un’alta prestazione nella cattura della CO2
(Rinnovabili.it) – I ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory e dell’Università del Tennessee hanno messo a punto un metodo di fabbricazione di membrane porose per la separazione dei gas in grado di migliorare le tecnologie di CCS (carbon capture and storage). Lo studio, pubblicato su Chem, mostra la sintesi di nuovi materiali capaci di aumentare selettività e permeabilità di questi “filtri spugnosi” nella cattura della CO2.
Come afferma Zhenzhen Yang, ricercatore presso l’Università del Tennessee, “spesso bisogna ricorrere ad un compromesso e decidere quanto selettivi o permeabili possano essere le membrane che filtrano l’anidride carbonica. Lo scenario ideale è quello di creare materiali con alta permeabilità e alta selettività“.
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Le membrane a setaccio molecolare sono una tecnologia promettente, sebbene ancora in via di sviluppo, per ridurre le emissioni prodotte dai combustibili fossili. Sulla carta il funzionamento è semplice: un materiale sottile e poroso funge da filtro per le miscele di gas, permettendo solo ad alcune molecole di attraversarlo. Nel campo del CCS, le membrane entrano a contatto con i fumi industriali e di scarico, lasciando fluire selettivamente l’anidride carbonica in un collettore e impedendo il passaggio all’ossigeno, all’azoto e ad altri gas.
A differenza dei metodi chimici di cattura della CO2, le membrane sono facili da installare e possono funzionare per lunghi periodi senza costi energetici aggiuntivi. Il problema, però, è che sono necessari materiali ad alta efficienza e basso costo per ampliare questa tecnologia su scala commerciale.
Per funzionare, infatti, questi dispositivi hanno bisogno di energia e più precisamente di una pressione dal lato in contatto con i fumi, e del vuoto dalla parte opposta, in modo da mantenere un ambiente a flusso libero. Questa è la ragione per cui selettività e permeabilità sono criteri fondamentali. “I materiali con prestazioni inferiori richiedono più energia per spingere i gas attraverso il sistema, quindi per mantenere bassi i costi energetici sono fondamentali materiali con migliori prestazioni“, ha spiegato Ilja Popovs, ricercatrice di ORNL. Quest’ultimi però sono difficili da sintetizzare o richiedono composti particolarmente costosi.
Il gruppo di ricerca ha deciso di testare un’ipotesi, quella secondo cui l’introduzione di atomi di fluoro nelle membrane a gas avrebbe migliorato le prestazioni di cattura della CO2 e successiva separazione. Il fluoro, infatti, ha delle proprietà carbon-loving (cioè presenta un’alta affinità con la CO2) tali da renderlo utile per la cattura. Inoltre, rappresenta un’opzione conveniente per il suo basso costo.
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“Il nostro primo passo è stato quello di creare un polimero unico a base di fluoro utilizzando semplici metodi chimici e materiali disponibili in commercio”, ha detto Yang. Successivamente, i ricercatori hanno trasformato attraverso il calore il materiale per conferirgli una struttura porosa necessaria per catturare la CO2. Il processo ha preservato i gruppi fluorurati aumentando così la selettività del materiale ottenuto.
“Il nostro successo mostra un percorso fattibile per sfruttare il fluoro nei futuri materiali a membrana. Inoltre, abbiamo raggiunto questo obiettivo utilizzando materiali di partenza disponibili in commercio e poco costosi”, ha detto Popovs. I ricercatori, adesso, intendono a studiare il meccanismo attraverso cui le membrane a gas fluorurate assorbono e trasportano l’anidride carbonica, un passo fondamentale per migliorare le prestazioni di cattura della CO2.
