Rocce comuni e una tecnica di produzione del cemento potrebbero trasformare il modo in cui catturiamo l’anidride carbonica
La tecnica è piuttosto semplice e potenzialmente molto economica, ma dovrà essere notevolmente ampliata per fare la differenza. Rocce comuni come l’olivina potrebbero essere utilizzate con processi di produzione del cemento già esistenti e ampliati per catturare il carbonio.
I chimici della Stanford University hanno sviluppato un modo a basso costo per rimuovere l’anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera utilizzando una fonte improbabile: le rocce. Il processo prevede il riscaldamento di minerali comuni, in modo che si trasformino in materiali che spontaneamente estraggono il carbonio dall’atmosfera e lo contengono permanentemente. Ancora più impressionante, questi materiali reattivi possono essere prodotti in forni normali, come quelli utilizzati per fare il cemento.
Attualmente, sono in corso varie ricerche per rimuovere la CO2 dall’atmosfera utilizzando sistemi ingegnerizzati, ma spesso si sono concentrate sul miglioramento e l’ampliamento delle tecnologie per la cattura diretta dell’aria, che utilizzano pannelli di grandi ventilatori per far passare l’aria ambiente attraverso sostanze chimiche o altri processi per rimuovere la CO2. Queste tecnologie, sebbene in miglioramento, sono ancora limitate a causa dei loro alti costi energetici. Invece, i ricercatori hanno iniziato a rivolgersi a modi alternativi per catturare la CO2, sfruttando le vaste riserve di minerali silicati del pianeta.
“La Terra ha una fornitura inesauribile di minerali capaci di rimuovere la CO2 dall’atmosfera, ma non reagiscono abbastanza velocemente da soli per contrastare le emissioni di gas serra umane,” ha detto Matthew Kanan, professore di chimica alla Stanford School of Humanities and Science, in una dichiarazione. “Il nostro lavoro risolve questo problema in un modo che riteniamo unicamente scalabile.”
I silicati sono un gruppo comune di minerali formatori di rocce che costituiscono la base della crosta e del mantello terrestre. Quando reagiscono con l’acqua e la CO2 atmosferica, i silicati formano ioni bicarbonato stabili e minerali carbonati solidi attraverso un processo noto come alterazione. In natura, questo può richiedere centinaia o migliaia di anni, ma Kanan e Yuxuan Chen, uno studioso post-dottorato alla Stanford University e autore principale dello studio, hanno trovato un modo per accelerare la reazione, sviluppando un nuovo processo per convertire i silicati a lenta alterazione in minerali considerevolmente più reattivi che catturano e immagazzinano il carbonio atmosferico più rapidamente.
“Abbiamo immaginato una nuova chimica per attivare i minerali silicati inerti attraverso una semplice reazione di scambio ionico,” ha aggiunto Chen, che ha sviluppato la tecnica durante il suo dottorato. “Non ci aspettavamo che funzionasse così bene.”
Negli sforzi per superare il riscaldamento globale, i ricercatori hanno sottolineato che sarà necessario sia ridurre radicalmente la nostra dipendenza dai combustibili fossili sia rimuovere permanentemente miliardi di tonnellate di carbonio dall’atmosfera. Questo nuovo sviluppo potrebbe contribuire a questo obiettivo.
“Il nostro processo richiederebbe meno della metà dell’energia utilizzata dalle principali tecnologie di cattura diretta dell’aria, e pensiamo di poter essere molto competitivi dal punto di vista dei costi,” ha spiegato Kanan.
Vecchie idee per nuove tecnologie
Il nuovo approccio è stato ispirato da uno vecchio: il metodo per fare il cemento. Questo inizia riscaldando il calcare in un forno, convertendolo in ossido di calcio, che viene poi mescolato con sabbia per diventare un componente chiave del cemento. Durante la loro ricerca in laboratorio, Kanan e Chen hanno adottato un processo simile ma hanno sostituito la sabbia con un altro minerale contenente ioni di magnesio e silicato. Quando riscaldati, i minerali scambiano ioni e diventano ossido di magnesio e silicato di calcio, due minerali alcalini che reagiscono rapidamente con la CO2 acida nell’aria.
“Il processo agisce come un moltiplicatore,” ha spiegato Kanan. “Prendi un minerale reattivo, l’ossido di calcio, e un silicato di magnesio che è più o meno inerte, e generi due minerali reattivi.”
In un test di laboratorio in cui il silicato di calcio e l’ossido di magnesio sono stati esposti all’acqua e alla CO2 pura, i due materiali si sono trasformati in minerali carbonati con il carbonio intrappolato all’interno in sole due ore. Naturalmente, le condizioni di laboratorio non sono le stesse dell’ambiente esterno. Conducendo un test più realistico, il team ha esposto campioni umidi dei minerali direttamente all’aria, che ha una concentrazione di CO2 significativamente inferiore. Il processo in queste condizioni ha richiesto settimane o mesi per verificarsi, ma è comunque migliaia di volte più veloce di quanto avverrebbe nell’alterazione naturale.
Applicazioni
“Si può immaginare di spargere ossido di magnesio e silicato di calcio su vaste aree di terreno per rimuovere la CO2 dall’aria ambiente,” ha detto Kanan. “Una applicazione entusiasmante che stiamo testando ora è aggiungerli al suolo agricolo. Mentre si alterano, i minerali si trasformano in bicarbonati che possono muoversi attraverso il suolo e finire immagazzinati permanentemente nell’oceano.”
È possibile che questo approccio possa anche beneficiare gli agricoltori, che spesso utilizzano un processo chiamato ”calcinazione” per aumentare il pH del suolo aggiungendo carbonato di calcio. “Aggiungere il nostro prodotto eliminerebbe la necessità di calcinazione, poiché entrambi i componenti minerali sono alcalini,” ha spiegato. ”Inoltre, mentre il silicato di calcio si altera, rilascia silicio nel suolo in una forma che le piante possono assorbire, il che può migliorare la resa e la resilienza delle colture. Idealmente, gli agricoltori pagherebbero per questi minerali perché sono benefici per la produttività agricola e la salute del suolo – e come bonus, c’è la rimozione del carbonio.”
Piani per il futuro
Al momento, il laboratorio di Kanan può creare circa 15 chilogrammi (circa 33 libbre) di materiale a settimana. Tuttavia, per fare la differenza nell’aumento della temperatura globale, questa produzione dovrebbe essere ampliata a milioni di tonnellate all’anno. Ma il team crede che i forni esistenti utilizzati per fare il cemento potrebbero anche produrre la miscela utilizzando minerali silicati residui dall’estrazione mineraria.
“Ogni anno, vengono generati più di 400 milioni di tonnellate di residui minerari con silicati adatti in tutto il mondo, fornendo una potenziale grande fonte di materia prima,” ha detto Chen. ”Si stima che ci siano più di 100.000 gigatonnellate di riserve di olivina e serpentino sulla Terra, sufficienti per rimuovere permanentemente molto più CO2 di quanto gli esseri umani abbiano mai emesso.”
Kanan sta ora cercando modi per sviluppare forni che non funzionino con combustibili fossili per almeno aiutare in questo sforzo. “La società ha già capito come produrre miliardi di tonnellate di cemento all’anno, e i forni per il cemento funzionano per decenni,” ha detto Kanan. “Se utilizziamo quelle conoscenze e progetti, c’è un percorso chiaro per passare dalla scoperta in laboratorio alla rimozione del carbonio su una scala significativa.”
Lo studio è pubblicato su Nature.