Affrontare le preoccupazioni sul diossido di carbonio con i nuovi materiali fotocatalitici scoperti

Il volume globale delle emissioni di anidride carbonica è la sfida più grave che affrontiamo oggi. Queste emissioni sono cresciute particolarmente, diventando una minaccia per l’esistenza negli ultimi 75 anni. 

Nel 1950, il mondo ha emesso 6 miliardi di tonnellate di anidride carbonica. Entro il 1990, è diventato 20 miliardi di tonnellate. E ora è più di 35 miliardi di tonnellate. Solo gli Stati Uniti hanno emesso circa 400 miliardi di tonnellate di anidride carbonica dal 1751, quasi un quarto di tutte le emissioni fino ad oggi. Dal 1751, il volume globale cumulativo delle emissioni di anidride carbonica è stato di 1,5 trilioni di tonnellate. 

L’anidride carbonica può provenire da molte fonti, tra cui la combustione di combustibili fossili, incendi boschivi, eruzioni vulcaniche, ecc. È nociva perché è un gas che trattiene il calore. L’anidride carbonica e altri gas serra formano una coperta o un coperchio per intrappolare il calore che il pianeta altrimenti potrebbe aver irradiato nello spazio. 

Ciò che è più preoccupante è che le capacità di intrappolare il calore dell’anidride carbonica sono enormi, e un piccolo volume di anidride carbonica atmosferica può trattenere quantità colossali di calore. La cifra di emissioni di oltre 35 miliardi di tonnellate di cui abbiamo parlato è il risultato della mera presenza di anidride carbonica nella quantità dello 0,04% dell’atmosfera. 

“Se qualcuno della mia taglia beve due birre, il suo tasso alcolemico nel sangue sarà circa lo 0,04 per cento.” 

Tuttavia, poi ci ricorda che anche un piccolo volume di una sostanza può portare a conseguenze sfavorevoli che vanno oltre la riparazione. Prosegue dicendo: 

“Non serve molto cianuro per avvelenare una persona. Dipende da come quella specifica sostanza interagisce con il sistema più ampio e cosa fa per influenzare quel sistema.”

Pertanto, le proprietà di intrappolamento del calore dell’anidride carbonica e di altri gas serra rappresentano una minaccia che deve essere affrontata con la massima urgenza e serietà. 

Climate and Clean Air Coalition, un’iniziativa convocata dall’UNEP, riconosce questa urgenza nei termini più eloquenti possibili. Dice: 

“Stiamo esaurendo il tempo per mantenere il riscaldamento al di sotto dei 2 gradi Celsius.”

Secondo Durwood Zaelke, Presidente del Comitato e Presidente dell’Institute for Governance and International Development (IGSD):

“Non possiamo risolvere un problema in rapida evoluzione come il cambiamento climatico con soluzioni lente. La velocità è il nostro nuovo metro di misura — velocità per ridurre gli SLCP entro il 2030, per raggiungere energia pulita e zero emissioni nette entro il 2050, e per rimuovere una quota crescente di anidride carbonica già emessa.”

Zaelke quantifica ulteriormente l’obiettivo dicendo:  

“Ridurre gli SLCP può evitare 0,6 gradi di riscaldamento entro la metà del secolo e ha un ruolo fondamentale se vogliamo mantenere il riscaldamento a 1,5 gradi.”

Qui, SLCP indica inquinanti climatici a breve vita. Affrontare le preoccupazioni sul diossido di carbonio è la necessità del momento. Soddisfare un’urgenza senza precedenti non sarà possibile senza soluzioni innovative. Nei segmenti seguenti, discuteremo di tali modi innovativi emersi recentemente. 

I ricercatori mostrano come trasformare l’anidride carbonica in carburante sostenibile

Un team internazionale di ricercatori, composto da rappresentanti della School of Chemistry dell’Università di Nottingham, dell’Università di Birmingham, dell’Università del Queensland e dell’Università di Ulm, ha progettato un materiale che può essere considerato una forma significativa e decisiva nella produzione di nuovi carburanti verdi.

Maggiori informazioni sul materiale

Il materiale è derivato da rame ancorato su nitruro di carbonio nanocristallino. Gli atomi di rame si trovano all’interno della struttura nanocristallina, consentendo agli elettroni di passare dal nitruro di carbonio all’anidride carbonica. Questo movimento è fondamentale per produrre metanolo dall’anidride carbonica sotto irradiazione solare. 

Se riuscirà a raggiungere la scala, la procedura risolverà uno dei problemi più cruciali nell’affrontare le minacce poste dall’anidride carbonica.

L’anidride carbonica, l’agente più significativo del riscaldamento globale, può essere convertita in prodotti utili. Tuttavia, finora, tali processi di conversione hanno richiesto di dipendere dall’idrogeno proveniente da combustibili fossili. L’energia solare viene utilizzata per la prima volta. 

La ricerca conferma la necessità di sviluppare metodi alternativi, basati su foto- ed elettrocatalisi, processi che sfruttano in modo efficiente l’energia solare sostenibile e l’abbondanza d’acqua.

Secondo il Dr. Madasamy Thangamuthu, uno dei ricercatori della School of Chemistry: 

“Esiste una grande varietà di materiali diversi usati nella fotocatalisi. È importante che il fotocatalizzatore assorba la luce e separi i portatori di carica con alta efficienza. Nel nostro approccio, controlliamo il materiale a livello nanometrico. Abbiamo sviluppato una nuova forma di nitruro di carbonio con domini cristallini su scala nanometrica che consentono un’interazione efficiente con la luce così come una sufficiente separazione di carica.”

Clicca qui per un elenco delle migliori azioni di cattura del carbonio.

Maggiori informazioni sul processo

Il processo di riscaldamento utilizzato nella ricerca ha garantito che il nitruro di carbonio raggiungesse il livello richiesto di cristallità, essenziale per massimizzare il potenziale del materiale per la fotocatalisi. Il processo ha inoltre coinvolto la sputtering a magnetron per depositare rame senza l’uso di solventi. Questa assenza di solventi ha permesso un contatto intimo tra il semiconduttore e gli atomi di metallo. 

Secondo Tara LeMercier, dottoranda presso la University of Nottingham School of Chemistry:

“Anche senza rame, la nuova forma di nitruro di carbonio è 44 volte più attiva del nitruro di carbonio tradizionale. Tuttavia, con nostra sorpresa, l’aggiunta di solo 1 mg di rame per 1 g di nitruro di carbonio ha quadruplicato questa efficienza. La cosa più importante è che la selettività è passata dal metano, un altro gas serra, al metanolo, un prezioso carburante verde.”

Nel complesso, l’esperimento è stato pionieristico poiché ha utilizzato catalizzatori costituiti solo da elementi sostenibili. Secondo il professore Andrei Khlobystov della School of Chemistry:

“La valorizzazione dell’anidride carbonica è la chiave per raggiungere l’ambizione del Regno Unito di zero emissioni nette. È di vitale importanza garantire la sostenibilità dei nostri materiali catalitici per questa importante reazione. Un grande vantaggio del nuovo catalizzatore è che è composto da elementi sostenibili — carbonio, azoto e rame — tutti altamente abbondanti sul nostro pianeta.”

Le aziende di tutto il mondo stanno lavorando per trasformare il carbonio in energia verde. Alcune di queste aziende ci hanno fornito soluzioni davvero entusiasmanti, innovative ed efficaci. 

#1. Climeworks

Climeworks è conosciuta per le sue strutture di cattura diretta dell’aria e di stoccaggio, che rimuovono l’anidride carbonica dall’aria. Oltre a gestire le proprie strutture di rimozione del carbonio, Climeworks collabora anche con altri per garantire un portafoglio completo di soluzioni di alta qualità per la strategia globale di zero emissioni nette.

L’azienda è attiva in tutto il mondo e offre soluzioni diverse su misura per esigenze specifiche. Ad esempio, in Islanda, l’azienda, con l’aiuto del suo partner di stoccaggio Carbfix, trasporta l’anidride carbonica in profondità nel sottosuolo e la fa reagire con la roccia basaltica attraverso un processo naturale, così che l’emissione nociva possa trasformarsi in pietra e rimanere sicura e incapsulata per oltre 10.000 anni. 

Negli Stati Uniti, Climeworks ha annunciato tre progetti nell’ambito del programma Regional DAC Hubs del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Il progetto Cypress, di cui Climeworks è stato un partner di sviluppo, implementerà il metodo di cattura diretta dell’aria per rimuovere l’eccesso di anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera al fine di prevenire il peggioramento di eventi meteorologici estremi, come uragani, siccità e inondazioni, a lungo termine. 

A Zurigo, in Svizzera, Climeworks ha sviluppato una struttura che aiuta a produrre verdure a impatto zero. Il suo impianto di cattura diretta dell’aria pompa il gas nelle serre, potenziando la fotosintesi delle piante e aumentando la loro resa fino al 20%. Climeworks afferma che estrarrà circa 900 tonnellate di CO2 all’anno dall’aria.

Secondo Matt Lucas del Centre for Carbon Removal:

“Le tecnologie per catturare CO2 dall’aria, come le unità di Climeworks, hanno il potenziale per i tipi di forti riduzioni di prezzo che abbiamo visto per il solare, l’eolico e le batterie, che sono anch’essi prodotti fabbricati in serie.”

Il 9 aprile 2024, Climeworks ha ricevuto 2,2 milioni CHF (26 milioni NOK) in finanziamenti norvegesi da Enova, l’impresa statale di proprietà del Ministero norvegese del Clima e dell’Ambiente.

Due anni fa, Climeworks aveva firmato un round di equity da 600 milioni CHF (650 milioni USD). L’elenco degli investitori comprendeva diversi investitori istituzionali di tecnologia e infrastrutture noti e di grandi dimensioni a livello globale.

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon ha costruito la prima struttura commerciale di cattura diretta dell’aria negli Stati Uniti. Alimentata interamente da energia rinnovabile, la struttura rimuove permanentemente l’anidride carbonica dall’atmosfera. 

Sfrutta il processo di mineralizzazione del carbonio, dove rocce come il calcare — conosciuto come serbatoio naturale di carbonio — catturano enormi quantità di CO2 nel tempo. Essendo una delle rocce più abbondanti del pianeta, il calcare può catturare grandi quantità di CO2 dall’aria nel corso degli anni. E la tecnologia di Heirloom Carbon accelera questo processo a pochi giorni. 

La tecnologia di Heirloom ha molteplici vantaggi. Rimuove permanentemente l’anidride carbonica, garantendo che il gas rimanga immagazzinato in modo sicuro sottoterra per l’eternità. I servizi di Heirloom hanno anche un’impronta ambientale minima, poiché le sue strutture possono rimuovere 50 tonnellate di CO2 per metro quadrato e possono essere collocate su terreni non coltivabili.

Con il tempo, Heirloom crede che i suoi servizi diventeranno ottimamente convenienti, con i crediti di rimozione del carbonio che costeranno meno di 100 USD per tonnellata di anidride carbonica entro il 2035. 

Ad aprile 2022, Heirloom ha raccolto 1 milione di USD come sovvenzione dalla Mask Foundation e XPRIZE. Ha raccolto 53 milioni di USD nella serie A da AENU e una dozzina di altri investitori il 17 marzo 2022. Nel giugno 2021, Heirloom ha ricevuto una sovvenzione del valore di 255.737 USD dalla National Science Foundation. 

Concentrarsi su un piano completo per affrontare le emissioni di carbonio

Un tale piano esamina l’intero ciclo di vita delle emissioni di carbonio e prevede di affrontarle ovunque nel modo più prudente, ottimizzato per il sito e efficiente possibile. Per esempio, soluzioni come Climate TRACE aiutano a identificare i punti caldi delle emissioni globali con satelliti e apprendimento automatico. Aziende come CarbonChain, d’altra parte, aiutano a ridurre le emissioni nella catena di approvvigionamento assistendo le aziende a profilare le loro emissioni attuali e a trovare modi per ridurle mediante l’uso dell’intelligenza artificiale. Riconoscere le perdite di energia è anche parte di questo piano completo. 

Una volta completato il processo di identificazione, ci sono tre possibili modi per affrontare le preoccupazioni sull’anidride carbonica. Il primo si concentra sul fermare ulteriori danni climatici dalle emissioni di anidride carbonica. Il secondo riguarda l’aumento dell’efficienza energetica in modo da ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Il terzo, che è anche il più ambizioso tra i tre, tenta di invertire i danni già avvenuti. 

Per quanto riguarda soluzioni specifiche, molte idee si sono evolute. Gli scienziati hanno proposto di coltivare piante o alghe marine che possono assorbire CO2 dall’atmosfera mentre crescono, servendo simultaneamente come fonte di energia rinnovabile. Esperimenti più rivoluzionari e radicalmente innovativi includono, ad esempio, un nuovo polimero che può raccogliere energia solare. Questi polimeri possono poi essere applicati ai tessuti in modo che i nostri vestiti fungano da fonti di energia verde e mobile. 

Negli anni, sono state sviluppate molte applicazioni e soluzioni allettanti nell’ambito dell’inversione dei danni. Per esempio, gli scienziati stanno lavorando con cemento a base di carbonio che rilascia CO2 dallo scarico industriale in calcare sintetico, un ingrediente chiave del cemento. A questo proposito, dobbiamo ricordare che la produzione di cemento rappresenta dal 4% all’8% delle emissioni mondiali di CO2. 

Sono in corso lavori per sviluppare colture che consumano carbonio, fertilizzanti che sequestrano carbonio e molto altro. 

Con tutte queste innovazioni, dobbiamo garantire una riduzione netta del 55% o più rispetto ai livelli del 1990 entro il 2030 e un obiettivo di neutralità climatica entro il 2050. Mentre è necessario fare molto di più nelle aree della transizione dai combustibili fossili a energia pulita e rinnovabile, la cooperazione globale deve anche essere efficace nell’arrestare la deforestazione, nell’utilizzare la terra in modo sostenibile, e nel ripristinare la natura.

Gli sforzi continui alla fine ci aiuteranno a bilanciare il volume di gas serra rilasciati nell’atmosfera con la cattura e lo stoccaggio di questi gas nelle nostre foreste, oceani, e suolo.