La cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) è stata pubblicizzata, più e più volte, come una delle tecnologie cruciali che potrebbero aiutare l’Australia a raggiungere i suoi obiettivi climatici, ed è fortemente presente nel piano del governo federale per l’azzeramento delle emissioni nette entro il 2050.

Una biglia liquida, con linee che indicano la traiettoria del suo interno flusso

 

CCS è generalmente quando le emissioni vengono catturate alla fonte , ad esempio da una centrale elettrica a carbone, trasportato su camion in una località remota e immagazzinato sottoterra.

Ma i critici sostengono che investire nella cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) significa scommettere su una tecnologia che non ha ancora dimostrato di funzionare su larga scala. In effetti, dal punto di vista tecnologico, la progettazione di materiali efficaci in grado di catturare il carbonio, sia solidi che liquidi, è stata storicamente un compito impegnativo.

Potrebbe mai essere una soluzione praticabile alle emissioni di anidride carbonica dell'industria dei combustibili fossili?

Emergente ricerca all'estero mostra che le "biglie liquide" - minuscole goccioline rivestite di nanoparticelle - potrebbero risolvere le sfide attuali nei materiali utilizzati per catturare il carbonio. E la nostra ricerca di modellizzazione, pubblicata ieri, ci porta un grande passo avanti verso la realizzazione di questa tecnologia futuristica .

Problemi con la cattura del carbonio

Sotto la sua Roadmap per gli investimenti tecnologici, il governo Morrison considera la CCS una tecnologia prioritaria a basse emissioni e sta investendo 300 milioni di dollari australiani in dieci anni per svilupparlo.

Ma l'efficacia e l'efficienza della CCS sono da tempo controverso a causa dei costi operativi elevati e dei problemi di ampliamento per un'applicazione più ampia.

Un problema attuale, più specificamente, è l'efficacia dei materiali utilizzati per catturare la CO₂, come gli assorbenti. Un esempio è chiamato “amine scrubbing”, un metodo utilizzato dal 1930 per separare, ad esempio, la CO₂ da gas naturale e idrogeno.

I problemi con il lavaggio con ammina includono i costi elevati, i problemi legati alla corrosione e alte perdite di materiali ed energia. I marmi liquidi possono superare alcune di queste sfide.

Questa tecnologia può essere quasi invisibile a occhio nudo, con alcune biglie di diametro inferiore a 1 millimetro. Il liquido che contiene, più comunemente acqua o alcol, è sulla scala dei microlitri (un microlitro è un millesimo di millilitro).

Le biglie hanno uno strato esterno di nanoparticelle che formano un guscio flessibile e poroso, impedendo la fuoriuscita del liquido all'interno. Grazie a questa armatura, possono comportarsi come solidi flessibili, estensibili e morbidi, con un nucleo liquido.

 

Cosa c'entrano le biglie con la CCS?<

Le biglie liquide hanno molte abilità uniche: possono galleggiare, rotolare dolcemente e possono essere impilate una sopra l'altra .

Altre proprietà desiderabili includono resistenza alla contaminazione, basso attrito e manipolazione flessibile, che li rendono attraenti per applicazioni come la cattura di gas, somministrazione di farmaci e persino come bioreattori in miniatura.

Nel contesto della cattura della CO₂, la loro capacità di interagire selettivamente con gas, liquidi e solidi è fondamentale. Un vantaggio chiave dell'utilizzo delle biglie liquide è la loro dimensione e forma, perché migliaia di particelle sferiche di solo pochi millimetri possono essere installate direttamente in grandi reattori.

Il gas del reattore colpisce le biglie, dove si aggrappa al guscio esterno delle nanoparticelle (in unprocesso chiamato “adsorbimento”). Il gas reagisce quindi con il liquido al suo interno, separando la CO₂ e catturandola all'interno del marmo. Successivamente, possiamo estrarre questa CO₂ e immagazzinarla sottoterra, quindi riciclare il liquido per lavorazioni future.

Questo processo può essere un modo più efficiente in termini di tempo e costi per catturare la CO₂ grazie, ad esempio, al liquido (e potenzialmente solido) riciclaggio, nonché l'elevata resistenza meccanica, reattività, velocità di assorbimento e stabilità a lungo termine dei marmi.

Allora cosa ci ferma?

Nonostante i recenti progressi, molte proprietà delle biglie liquide rimangono sfuggenti. Inoltre, l'unico modo per testare le biglie liquide è attualmente attraverso esperimenti fisici condotti in laboratorio.

Gli esperimenti fisici hanno i loro limiti, come la difficoltà di misurare la tensione superficiale e l'area superficiale, che sono importanti indicatori della reattività e stabilità del marmo.

In questo contesto, la nostra nuova modellazione computazionale può migliorare la nostra comprensione di queste proprietà e può aiutare a superare l'uso di procedure di soli esperimenti costose e dispendiose in termini di tempo.

Un'altra sfida è lo sviluppo di approcci pratici, rigorosi e su larga scala per manipolare le matrici di biglie liquide all'interno del reattore. L'ulteriore modellazione computazionale su cui stiamo attualmente lavorando mirerà ad analizzare i cambiamenti tridimensionali nelle forme e nella dinamica dei marmi liquidi, con maggiore praticità e precisione.

Ciò aprirà nuovi orizzonti per una miriade di applicazioni ingegneristiche, inclusa la cattura di CO₂.

Oltre la cattura del carbonio

La ricerca sui marmi liquidi è iniziata solo come argomento curioso circa 20 anni fa e, da allora, la ricerca in corso ha reso possibile una piattaforma ambita con applicazioni che vanno oltre la cattura del carbonio.

Questa tecnologia all'avanguardia potrebbe non solo cambiare il modo in cui risolviamo i problemi climatici, ma anche i problemi ambientali e medici.

Le biglie liquide magnetiche, ad esempio, hanno dimostrato il loro potenziale in procedure biomediche, come la somministrazione di farmaci, grazie alla loro capacità di essere aperte e chiuse utilizzando magneti all'esterno del corpo. Altre applicazioni delle biglie liquide includono il rilevamento di gas, il rilevamento di acidità e il rilevamento di inquinamento.

Con più modelli ed esperimenti, il passo logico successivo sarebbe quello di ampliare questa tecnologia per l'uso mainstream.

La conversazione, 8 dicembre

Autori

Charith Rathnayaka, Università della Sunshine Coast;

Emilie Sauret, Queensland University of Technology;

Nam-Trung Nguyen, Università Griffith;

Yuantong Gu, Università di Tecnologia del Queensland