Rimozione dei gas serra diversi dalla CO₂ tramite fotocatalisi
È possibile rallentare il ritmo dei cambiamenti climatici riducendo i livelli di metano (CH4), anidride carbonica (CO2) e altri gas serra (GHG) nell’atmosfera. Tuttavia, finora si è prestata poca attenzione alla rimozione dei gas serra atmosferici diversi dal CO2. Il potenziale di riscaldamento globale (GWP) è una misura della potenza dei gas serra. I tre gas serra più importanti diversi dalla CO2 – il metano (CH₄), il protossido di azoto (N₂O) e il diclorodifluorometano (CCl₂F₂)(si apre in una nuova finestra) – hanno tutti un elevato potenziale di riscaldamento globale (GWP). Questi gas ad alto GWP possono essere eliminati tramite fotocatalisi(si apre in una nuova finestra), trasformandoli in gas atmosferici innocui, vapore acqueo e piccole quantità di composti volatili, che sono gas serra molto meno potenti rispetto ai loro precursori. I processi fotocatalitici, che si sono dimostrati molto efficaci su scala di laboratorio, permettono agli scienziati di sfruttare la luce solare per favorire la distruzione di CH₄, N₂O e CCl₂F₂.
Spinti dal sole
Grazie al sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), il progetto STEPforGGR(si apre in una nuova finestra) ha verificato se questo approccio innovativo alla tecnologia di rimozione dei gas serra possa funzionare in condizioni reali. I ricercatori hanno utilizzato torri solari a corrente ascensionale(si apre in una nuova finestra) come giganteschi «depuratori d’aria», in combinazione con la fotocatalisi, per eliminare i gas serra diversi dalla CO₂, in particolare il metano, direttamente dall’aria. Le torri solari a corrente ascensionale sfruttano il sole per riscaldare l’aria sotto un grande collettore (come una serra). L’aria calda sale attraverso un alto camino, creando un flusso d’aria continuo e passivo senza bisogno di energia fossile. Questo flusso d’aria è il fattore chiave che permette di far entrare enormi volumi d’aria a contatto controllato con le superfici catalitiche. «L’aria viene fatta passare attraverso un sistema riscaldato dal sole e il gas bersaglio (ad esempio il metano) entra in contatto con una superficie rivestita in modo speciale. Alla luce, questo rivestimento contribuisce a innescare reazioni chimiche che trasformano il gas serra in sostanze meno dannose per il clima. «Per quanto riguarda il metano, si tratta principalmente di CO₂ e acqua», spiega Wei Li, coordinatore del progetto dell’Università di Edimburgo(si apre in una nuova finestra). «Il metano è molto più potente della CO₂ su periodi di tempo brevi. Pertanto, la conversione di piccole quantità di metano può comunque apportare un beneficio significativo per il clima, soprattutto se effettuata su scala molto ampia», osserva Wei Li.
Dal laboratorio alla produzione su larga scala
Per passare su scala più ampia, bisogna combinare sistemi di circolazione d’aria passiva di grandi dimensioni (torri a corrente ascensionale o soluzioni simili) con materiali rivestiti facilmente producibili che mantengano la loro efficacia all’aperto per lunghi periodi. Le applicazioni pratiche riguardano grandi impianti situati in regioni soleggiate, dove la disponibilità di terreno e le condizioni del vento sono favorevoli e dove è possibile condividere lo spazio con altre infrastrutture. Secondo Wei Li: «La rimozione del metano dall’atmosfera tramite fotocatalisi non è solo una questione di materiali o un semplice problema legato al reattore. Si tratta di un sistema integrato in cui il flusso d’aria, la diffusione della luce, le proprietà chimiche delle superfici e la resistenza agli agenti atmosferici interagiscono tra loro. STEPforGGR ha dimostrato come analizzare queste interazioni in modo sistematico e dove emergono i veri limiti prestazionali.» Le prossime fasi dovrebbero concentrarsi sul miglioramento dell’attività del catalizzatore e della durata nel tempo, oltre che su progetti ingegneristici in grado di massimizzare il contatto limitando al contempo le perdite di carico. L’obiettivo è quello di tradurre i risultati ottenuti in laboratorio in scenari tecnico-economici e di utilizzo del territorio ben definiti. «C’è anche spazio per esplorare architetture correlate (compresi progetti integrati negli edifici o modelli alternativi a torre) e per estendere la ricerca dal metano ad altri gas diversi dalla CO₂, ove possibile», conclude Wei Li. Questo lavoro sarà utile ai ricercatori e agli ingegneri che sviluppano tecnologie per la rimozione dei gas serra, alle industrie coinvolte nella produzione di reattori e materiali, come quelle che producono vetro rivestito, e ai responsabili politici che valutano opzioni credibili per la mitigazione dei cambiamenti climatici.
