La tecnologia più diffusa per la separazione della CO₂ in post-combustione è l’assorbimento chimico con solventi. Questa tecnologia è oggi ampiamente consolidata e può essere agevolmente implementata in impianti esistenti (sia nel settore della generazione elettrica che in numerosi settori industriali). Il principio di funzionamento della sezione di cattura considerata è basato essenzialmente sulla purificazione dei gas mediante assorbimento chimico dell’anidride carbonica da parte del solvente, sulla rigenerazione di quest’ultimo mediante riscaldamento con vapore e sulla compressione della corrente di anidride carbonica ad alta purezza perché possa essere liquefatta e stoccata. Tra i solventi chimici utilizzati per la cattura dell’anidride carbonica rivestono un ruolo fondamentale (e quasi esclusivo) le ammine. In particolare, la più utilizzata è la monoetanolammina (MEA) in soluzione acquosa.

Il principale aspetto critico relativo a questi processi è l’elevato consumo energetico necessario per la rigenerazione dei solventi (3-4 MJ/kg_CO2), che rappresenta una frazione importante dei costi operativi e comporta una riduzione dell’efficienza globale dell’impianto compresa tra il 12-13%. Inoltre, non è di secondaria importanza il fatto che le ammine sono fortemente impattanti dal punto di vista ambientale e durante la loro rigenerazione sprigionano composti cancerogeni. Quindi, le attività di ricerca puntano principalmente allo sviluppo di solventi alternativi che possano ridurre il consumo energetico in fase di rigenerazione e che siano caratterizzati da un limitato impatto ambientale.

I processi di separazione della CO₂ con solventi liquidi a base di sali di amminoacidi rappresentano al giorno d’oggi un’opzione molto promettente per la cattura della CO₂ in processi di post-combustione per diverse applicazioni (come centrali elettriche convenzionali, cicli combinati e vari settori industriali). Nonostante l’elevato costo dei solventi, tali processi presentano notevoli vantaggi sia dal punto di vista impiantistico che ambientale.

Lo studio condotto da Sotacarbo è attualmente focalizzato sulla caratterizzazione di questi solventi in fase di assorbimento. All’attività sperimentale, condotta presso l’impianto pilota GAIA disponibile presso i laboratori Sotacarbo, si affianca quella di modellazione del processo eseguita dal LEAP, Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza, e dal Politecnico di Milano.

L’impianto GAIA (Greenhouse gas Absorption In Amine-based solvents pilot plant), è una struttura da banco composta da una colonna di assorbimento e stripping suddivisa in due sezioni: una sezione superiore provvista di riempimento in anelli Rashig in SS 316 e una sezione inferiore provvista di scambiatore di calore del tipo a fascio tubiero (tre serpentine coassiali).

In fase di assorbimento, la corrente gassosa da trattare è costituita da CO₂ e N₂, stoccati in bombole distinte. I due gas attraversano la colonna e risalgono verso l’alto in controcorrente rispetto al solvente, spinto in testa alla colonna mediante una pompa. Il sistema è interamente automatizzato e gestibile da computer dedicato mediante apposito software che consente il controllo, l’acquisizione e la registrazione dei dati di portata e composizione della miscela. La concentrazione di quest’ultima è misurata tramite un analizzatore online e tramite un micro-gascromatografo.

La sperimentazione condotta sull’impianto GAIA ha permesso di valutare le prestazioni dei solventi a base di sali di aminoacidi, in particolare di prolinato di potassio, sarcosinato di potassio e lisinato di potassio. Il risultato di questa attività fornisce informazioni relative alle cinetiche di reazione e alla capacity (espressa come il rapporto tra moli di CO₂ catturata su moli di solvente) della soluzione assorbente.

I test condotti hanno mostrato la buona capacity dei solventi sperimentati, che possono essere considerati delle alternative promettenti alle ammine. In particolare, i test eseguiti sono stati rapportati a quelli analoghi condotti su soluzione acquosa di MEA 5 M.