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Caratterizzazione sorbenti per l’adsorbimento della CO2

Tra le diverse strategie attualmente studiate per la cattura dell’anidride carbonica, l’utilizzo di sorbenti solidi risulta particolarmente promettente, oltre ad essere economicamente vantaggiosa. La tecnica con sorbenti solidi fa riferimento a reazioni gas-solido (come nel caso della reazione di carbonatazione ad opera dell’ossido di calcio) o adsorbimenti chimici e fisici. Tuttavia, alcune problematiche, tra cui i metodi di preparazione complicati, le basse capacità di adsorbimento, le rigenerazioni non sempre fattibili e l’instabilità in determinate condizioni, ne mettono ancora in discussione l’utilizzo diffuso in applicazioni di scala industriale.

L’attività di ricerca Sotacarbo, sviluppata in collaborazione con la London South Bank University, è focalizzata sul materiale a due dimensioni a base di nanosheet di nitruro di boro (BN) e nitruro di boro drogato (BNMe) con differenti carichi di metalli di transizione.

I nitruri di boro porosi esibiscono elevate aree superficiali, alti volumi microporosi, polarità dei legami e alta stabilità termica, presentandosi come potenziali candidati per un’ampia gamma di applicazioni nell’adsorbimento dei gas: cattura della CO2, stoccaggio di idrogeno, rimozione di formaldeide dall’aria e separazione di paraffine/olefine. Inoltre, le proprietà meccaniche e l’elevata conduttività termica li rendono molto promettenti come nuova classe di materiali adsorbenti.

Tuttavia, il meccanismo di adsorbimento non è sempre del tutto chiaro e la sua comprensione oltre alla modifica delle proprietà porose, possono permettere un miglioramento significativo della capacità di adsorbimento dei gas. Per aumentare la capacità di assorbimento di CO2 dei materiali BN è fondamentale modificare la loro struttura elettronica e di quella porosa. Un metodo che sembrerebbe efficace è quello dell’incorporazione di eteroatomi in struttura.

Lo scopo dell’attività è perciò la valutazione della capacità di assorbimento di CO2 post-combustione e della stabilità termica di diversi adsorbenti solidi a basso costo ad alte prestazioni mediante analisi termogravimetrica.

Termogravimetro TGA/DSC 3+ utilizzato per lo studio dei sorbenti

Al fine di studiare l’idoneità dei materiali sintetizzati come assorbenti solidi rigenerabili per un uso continuo, sono stati eseguiti diversi cicli di adsorbimento/desorbimento in varie condizioni operative. Infatti, la rigenerabilità e la reversibilità nel processo gioca un ruolo chiave nella scelta finale del sorbente. L’elaborazione diretta dei dati sperimentali ha permesso di determinare l’assorbimento di massa del campione (adsorbente secco) durante l’adsorbimento di CO2 e successivamente la capacità di CO2. Questo studio dimostra l’applicabilità di modifiche prive di metallo e drogate con metalli di BN per una maggiore capacità di CO2 pura.

Schema grafico del sistema analitico utilizzato per l’analisi dei sorbenti

Lo studio può essere ampliato tramite un’analisi economica per valutare la fattibilità industriale dei materiali e per identificare le principali criticità da ottimizzare.