Un nuovo studio dell’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne ha analizzato il funzionamento su larga scala di un nuovo materiale per membrane, il grafene piridinico.
Un nuovo studio dell’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) ha analizzato come un nuovo materiale per membrane, il grafene piridinico, potrebbe funzionare su larga scala. Si tratta di un foglio di grafene monostrato con minuscoli pori che favoriscono la CO₂ rispetto ad altri gas. I ricercatori hanno combinato dati sperimentali sulle prestazioni con strumenti di modellazione che simulano condizioni operative reali, come il consumo di energia e il flusso di gas. Hanno anche vagliato un’ampia gamma di scenari di costo per vedere come il materiale potrebbe comportarsi una volta impiegato negli impianti commerciali.
Lo studio è stato condotto da Marina Micari e Kumar Varoon Agrawal, titolare della cattedra Gaznat in Separazioni Avanzate presso l’EPFL. È pubblicato su Nature Sustainability e riportato da Phys.org.
La cattura del carbonio sta diventando essenziale per le industrie che dipendono ancora dai combustibili fossili, tra cui l’industria del cemento e dell’acciaio. Oggi la maggior parte degli impianti si basa su sistemi a solvente che assorbono la CO₂, ma queste configurazioni consumano molto calore, richiedono infrastrutture imponenti e costose da gestire.
Un’alternativa più piccola, alimentata dall’elettricità, è quella che in ambito scientifico viene chiamata “sistema a membrana”. Una membrana funziona come un filtro ultrafine che lascia passare alcuni gas più facilmente di altri, separando la CO₂ dal resto dei gas di scarico. Ma parecchie membrane perdono efficienza quando i livelli di CO₂ sono bassi, come negli impianti a gas naturale, quindi hanno un uso limitato.
La modellazione mostra dove la membrana offre le migliori prestazioni
Il team dell’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne ha testato diverse membrane a base di grafene, tra cui la membrana piridinico-grafene, in diverse configurazioni di impianto per confrontarne il comportamento in condizioni reali. Per le centrali elettriche a gas naturale, un sistema in tre fasi che inizia con l’arricchimento del flusso di CO₂ ha raggiunto costi promettenti, circa 80-100 dollari a tonnellata, con costi che, nei casi migliori, scendono a 60-80 dollari. Questo è degno di nota perché le membrane solitamente hanno difficoltà con gas di scarico così diluiti.
Nelle centrali a carbone, dove i livelli di CO₂ sono più elevati, l’elevata selettività CO₂/N₂ della membrana riduce il consumo di energia e porta i costi a un intervallo di 25-50 dollari a tonnellata. I cementifici hanno più ossigeno nei gas di scarico, un aspetto che rende la selettività più complessa, ma la membrana raggiunge comunque intervalli di costo simili e rimane stabile nei diversi scenari testati. In tutti e tre i settori, l’elevata permeabilità della membrana mantiene ridotta la superficie richiesta, contribuendo a ridurre l’ingombro di un sistema di cattura completo.
Lo studio dimostra che il grafene piridinico potrebbe offrire un’alternativa compatta e potenzialmente economica alla cattura con solventi, una volta su larga scala. Indica anche aree in cui il materiale potrebbe ancora migliorare, in particolare la sua capacità di distinguere la CO₂ dall’ossigeno nei gas di scarico del cemento.
