La batteria che cattura la CO2: un test apre nuove prospettive

Una batteria può diventare uno strumento per estrarre anidride carbonica direttamente dall’aria. È la strada seguita da un gruppo di ricercatori dell’Università del Delaware, che ha sviluppato una cella elettrochimica basata sull’idrossido di nichel.

La ricerca, pubblicata su Nature Energy negli scorsi giorni, affronta uno dei problemi più complessi della Direct Air Capture: separare un gas presente nell’atmosfera a concentrazione molto bassa senza consumare quantità eccessive di energia. Il dispositivo combina elettrodi, una membrana a scambio anionico e un flusso d’aria; l’elettricità controlla il ciclo di cattura e rilascio della CO2, evitando il tradizionale riscaldamento del materiale assorbente.

Come funziona la cella al nichel

Il cuore del dispositivo è una coppia simmetrica di elettrodi in Ni(OH)2 depositato su schiuma di nichel. Durante il funzionamento, le reazioni elettrochimiche modificano la disponibilità degli ioni idrossido. Questi reagiscono con la CO2 dell’aria formando specie carbonatiche, che attraversano una membrana a scambio anionico. Sul lato opposto della cella, una variazione delle condizioni chimiche favorisce il rilascio dell’anidride carbonica in una corrente più concentrata.

Il sistema alterna quindi le funzioni dei due lati attraverso il controllo elettrico, creando un ciclo reversibile di cattura e rigenerazione. La configurazione è interessante perché elimina una fase termica tipica di molti processi di separazione. La ricerca ha inoltre considerato un problema spesso trascurato nei prototipi: la resistenza che l’aria incontra attraversando il dispositivo. La pressione necessaria per far circolare il gas incide infatti direttamente sui consumi complessivi di un impianto.

Il test più lungo è stato condotto su una cella con elettrodi da 25 cm quadrati, mantenuta operativa per 5.000 ore. Successivamente i ricercatori hanno assemblato uno stack formato da nove elementi con superfici da 300 cm quadrati.

In una prova di 48 ore, il sistema ha registrato un consumo di 132 kJ per mole di CO2, pari a circa 0,83 MWh per tonnellata. Lo stack ha inoltre rispettato un limite di caduta di pressione di 300 Pa considerato compatibile con i requisiti della cattura diretta dall’aria.

La vera sfida resta portare il sistema alla scala industriale

Le prestazioni sperimentali non equivalgono ancora a un impianto pronto per il mercato. Il passaggio a dimensioni industriali richiede elettrodi prodotti in grandi quantità, distribuzione uniforme dei flussi, membrane durevoli e controllo delle reazioni secondarie. La stessa ricerca segnala che l’aumento della superficie attiva dovrà procedere senza compromettere produttività e stabilità del dispositivo.

Gli autori hanno elaborato anche una proiezione economica: partendo da una stima di 566 dollari per tonnellata di CO2 in un impianto pilota, l’analisi ipotizza un costo inferiore a 100 dollari aumentando la capacità di produzione e applicando tassi di apprendimento associati alle tecnologie delle batterie. Si tratta però di una previsione basata sull’evoluzione tecnologica, non di un prezzo già dimostrato su un impianto commerciale.

Il risultato assume quindi valore soprattutto come dimostrazione di fattibilità. Integrare una tecnologia elettrochimica con la cattura diretta dall’aria offre un’alternativa ai processi che dipendono dalla rigenerazione termica, ma introduce nuove esigenze legate a materiali, membrane, alimentazione elettrica e gestione dei gas. La prossima verifica sarà capire se la stessa architettura conserverà le proprie prestazioni quando dimensioni, tempi di funzionamento e quantità di aria trattata cresceranno di ordini di grandezza.