Nuove tecnologie creano sostanze chimiche dall’aria
Il progetto CELBICON, finanziato dall’UE, ha affrontato tale sfida, catturando la CO2 dall’atmosfera e convertendola in sostanze chimiche complesse e preziose tramite una sequenza di passaggi elettrochimici e biochimici. Tali sostanze hanno un’impronta di carbonio estremamente bassa o addirittura negativa, e l’energia richiesta per le conversioni può, in ultima analisi, provenire da fonti di energia sostenibile. Tale processo aiuterà l’UE a raggiungere l’obiettivo della riduzione del 20 % dei gas serra entro il 2020 e di un’ulteriore riduzione fino all’80-95 % entro il 2050 rispetto ai livelli del 1990. I partner del progetto hanno sviluppato tecnologie in grado di produrre risultati senza precedenti in termini di resa ed efficienza, in linee di trasformazione ad alta e a bassa pressione. «La prima linea ha prodotto bioplastica PHA (polidrossialcanoato) e metano compresso (CH4) attraverso la generazione elettrochimica intermedia di gas di sintesi compressi, seguita da specifici passaggi di fermentazione. La seconda linea di trasformazione era improntata alla produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto, tramite la fermentazione degli intermedi C1 (a un atomo di carbonio), solubili in acqua, derivanti dalla riduzione della CO2», afferma la coordinatrice del progetto, Debora Fino. Entrambe le linee di trasformazione sono state sottoposte a un accurato programma di ricerca e sviluppo per la produzione dei componenti, e tre impianti di prova sono stati montati dove potevano essere commercializzati. «La CO2 è stata catturata direttamente dall’aria ed è stato impiegato un metodo a basso consumo energetico per comprimere e dissolvere la CO2 nell’acqua e ottenere soluzioni di CO2 ad alta pressione e concentrate. Infine, è avvenuta la produzione biochimica di CH4 dalla CO2 e dall’idrogeno», spiega Fino.
Un approccio innovativo
La prima tecnologia di cattura della CO2 sviluppata dai membri del consorzio è già stata completamente integrata in un processo di cattura e utilizzo del carbonio. Tale approccio sfrutta due potenziali processi elettrochimici basati sull’energia elettrica rinnovabile, impiegati per convertire la CO2 dell’atmosfera in sostanze chimiche utili. Il secondo prototipo funzionale e automatizzato per la compressione e la dissoluzione della CO2 ha permesso di ridurre di circa il 40 % la domanda energetica rispetto al processo usuale (prima la compressione del gas e successivamente la sua dissoluzione ad alta pressione). Il concetto proposto prevede l’impiego di una densa nebulizzazione d’acqua all’interno del compressore, tale da raffreddare simultaneamente il gas compresso. Tale processo produce condizioni di isotermia e l’immediata dissoluzione della CO2 nell’acqua, poiché la pressione aumenta a causa dell’ampia interfaccia tra la CO2 e le goccioline e i filamenti d’acqua. «Il risultato è un processo che riduce il consumo energetico generale grazie alle condizioni di isotermia e alla contemporanea riduzione della quantità di CO2 allo stato gassoso che deve essere compressa», riferisce Fino.
Efficienza maggiore, costi ridotti
Infine, il terzo processo biochimico ha convertito la CO2 in CH4 in presenza di idrogeno e di monossido di carbonio generati in un elettrolizzatore in un bioreattore mobile integrato e personalizzato resistente alla pressione, concepito e progettato per essere impiegato a una pressione ambientale relativa di 50 barg. Inoltre, sono state introdotte nuove strategie di selezione per lo sviluppo di bioprocessi per la conversione di gas e numerosi ceppi di batteri metanogenici sono stati selezionati per la loro capacità di convertire la CO2 in CH4. Il funzionamento del sistema ad alta pressione unito alla presenza di batteri ha permesso di rompere le barriere cinetiche e raggiungere livelli di produttività di CO2 e CH4 mai raggiunti prima. Di conseguenza, CELBICON condurrà a processi radicalmente nuovi che impiegheranno bioreattori e reattori elettrochimici, i quali riuniscono più funzioni in una singola unità di processo, così da raggiungere una più elevata efficienza di conversione, con minori investimenti e costi operativi. «L’utilizzo di CO2 grazie a bioprocessi biologici di conversione di gas è un campo innovativo, che offre importanti opportunità per l’ambiente, l’economia e la società», conclude Fino.
Parole chiave
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