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Gli ingegneri chimici utilizzano fibre di carbonio rivestite ed eliminano il riscaldamento basato sul vapore nel loro design più semplice, che può anche essere alimentato dall’energia eolica.

Ciò che era iniziato come una semplice commissione per depositare un assegno presso un drive-through bancario è diventato il tipo di momento "aha" che si trova principalmente nei libri e nei film.

I ricercatori della Georgia Tech stavano lavorando a un’idea per semplificare i tradizionali sistemi di cattura diretta dell’aria (DAC). Il loro approccio ha utilizzato il flusso del vento ambientale per attirare l’aria attraverso un nuovo tipo di fibra di carbonio rivestita per catturare la CO2. Ciò eliminerebbe le ventole rumorose utilizzate in molti sistemi. Inoltre, i fili in fibra di carbonio potrebbero essere riscaldati rapidamente per rilasciare l’anidride carbonica catturata con una perdita di calore minima, aumentando l’efficienza.

Ma stavano cercando di capire come utilizzare queste nuove fibre di carbonio rivestite con materiale assorbente per ottenere il massimo effetto.

“Dovevo andare a depositare un assegno in banca e ho attraversato il drive-through. Avevano i vecchi tubi pneumatici che vengono utilizzati per trasportare i documenti", ha affermato Ryan Lively, professore Thomas C. DeLoach presso la School of Chemical and Biomolecular Engineering (ChBE) della Georgia Tech. “Non capita spesso di avere un momento di illuminazione nella tua carriera, ma ho visto i tubi e ho capito che avremmo potuto mettere le fibre in qualcosa di simile a un contenitore per tubi di un cassiere di banca.

"Questo è più o meno quello che abbiamo fatto, e ha funzionato."

Una volta installati i moduli ispirati ai tubi pneumatici, il team ha iniziato a testare il proprio sistema. Hanno scoperto che potevano produrre anidride carbonica con purezza sufficiente per il sequestro sotterraneo ed eliminare molti dei sostanziali costi iniziali di costruzione dei tipici sistemi DAC. Hanno descritto il loro design e il loro approccio il 12 giugno sulla rivista Joule.

Le fibre di carbonio rivestite con assorbente nel contenitore ispirato al tubo della banca.

"Questo lavoro non solo ha concettualizzato una nuova generazione di sistemi DAC, ma ha anche mostrato in una certa misura le operazioni pratiche della nostra invenzione", ha affermato Won Hee Lee, il primo autore dell'articolo ed ex studioso post-dottorato nel laboratorio di Lively. “Abbiamo già catturato con successo la CO2 ambientale con il nostro modulo su scala di laboratorio. Ora è importante ampliare il modulo. Poiché tutti i componenti del nostro sistema sono disponibili in commercio e la fabbricazione è relativamente semplice, dovrebbero esserci pochi ostacoli tecnici per realizzare il modulo su larga scala”.

Almeno in teoria, il team ha effettuato tale ampliamento, utilizzando i dati sperimentali per proiettare l’economia di un sistema pratico. Hanno scoperto che il sistema potrebbe catturare CO2 per un prezzo compreso tra 150 e 200 dollari la tonnellata, una cifra significativamente inferiore rispetto ai sistemi commerciali in costruzione che si stima catturino carbonio tra i 300 e i 600 dollari la tonnellata.

Tra i coautori dello studio figurano ricercatori del ChBE che hanno posizionato Georgia Tech come leader nella tecnologia di cattura diretta dell'aria. I professori Christopher Jones e Matthew Realff lavorano con Lively sull'intero spettro della DAC, dal livello molecolare a quello dei sistemi.

Questo lavoro presenta due progressi chiave.

I sistemi DAC utilizzano il calore per rilasciare CO2 dai materiali filtranti saturi. La CO2 viene raccolta e poi può essere pompata nel sottosuolo o magari utilizzata per produrre carburante o prodotti chimici. In genere, i sistemi utilizzano una fonte di riscaldamento esterna. Il vapore è una scelta popolare, perché è veloce e potente, ma è anche dannoso e richiede un ulteriore passaggio di condensazione. Questi sistemi richiedono anche un isolamento per impedire la fuoriuscita di tutto il calore, quindi sono ingombranti e costosi.

Lively e il team hanno creato esclusivi filamenti in fibra di carbonio rivestiti con un assorbente amante del carbonio. Il nucleo in fibra di carbonio si riscalda dall'interno verso l'esterno, garantendo una distribuzione del calore rapida e uniforme.

Ryan Lively, Won Hee Lee (sul laptop), Christopher Jones e Matthew Realff hanno sviluppato il sistema DAC basato su fibra.

Un dispositivo di imaging termico mostra la distribuzione del calore nelle fibre di carbonio.

“Le fibre sono molto, molto uniformi. Quando colleghi tutto questo a un sistema elettrico, distribuisci l’energia in modo straordinariamente omogeneo, cosa insolita per un sistema di riscaldamento a resistenza”, ha affermato Lively. “Non siamo i primi a pensare al riscaldamento a resistenza per rigenerare un dispositivo per la cattura del carbonio. Ma in genere il riscaldamento era lento o non uniforme. Ci sono posti in cui riscaldi l'aria invece della cosa che stai cercando di riscaldare.