Dispositivo di stampa 3D del team ORNL per migliorare la tecnologia di cattura della CO2


Secondo il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC) delle Nazioni Unite, abbiamo meno di dieci anni per ridurre le emissioni di gas a effetto serra (GHG) del 45 per cento per prevenire il cambiamento climatico in fuga. Alcuni ambientalisti sostengono che anche quella proiezione è troppo ottimistica. Per prevenire il collasso del nostro ecosistema, alcuni ricercatori stanno scommettendo su una tecnologia chiamata cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Ciò include un team presso l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, che ha stampato in 3D un dispositivo in alluminio per migliorare la cattura del carbonio negli impianti di combustibili fossili e altri siti industriali.

Mentre la cattura del carbonio può essere eseguita in molti modi diversi, il metodo più comune prevede il tentativo di filtrare l’anidride carbonica (CO2) da una ciminiera utilizzando un solvente, come la monoetanolamina, che separa il GHG dai gas di combustione. Quando la CO2 incontra il solvente, il calore prodotto può ridurre la capacità del solvente di reagire con la CO2, limitandone l’efficienza.

ORNL ha migliorato l’efficienza di questo processo creando un dispositivo che si integra con uno scambiatore di calore con un contattore di scambio di massa per rimuovere il calore in eccesso. L’articolo è stato testato all’interno di un dispositivo circolare di un metro di altezza per otto pollici di larghezza e composto da sette pezzi di imballaggio in acciaio inossidabile. Installata nella metà superiore della colonna tra gli elementi di imballaggio, la parte stampata in 3D ha consentito l’integrazione di uno scambiatore di calore. A sua volta, il gruppo è stato in grado di ridurre le temperature e, quindi, migliorare la cattura di CO2.

Nel 2019, i ricercatori ORNL Costas Tsouris ed Eduardo Miramontes hanno utilizzato il dispositivo intensificato all’interno della colonna di assorbimento, che contiene elementi di imballaggio in acciaio inossidabile commerciali. Credito: Carlos Jones / ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti

Il Principal Investigator del progetto, Xin Sun, ha spiegato come un tale processo fosse precedentemente irraggiungibile: “Prima della progettazione del nostro dispositivo stampato in 3D, era difficile implementare un concetto di scambiatore di calore nella colonna di assorbimento di CO2 a causa della complessa geometria della colonna elementi di imballaggio. Con la stampa 3D, lo scambiatore di massa e lo scambiatore di calore possono coesistere all’interno di un unico dispositivo multifunzionale e intensificato “.

I canali del refrigerante incorporati all’interno del dispositivo intensificato riducono la temperatura della colonna a causa del calore prodotto durante la reazione in avanti. Credito: Michelle Lehman / ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Per consentire lo scambio di calore all’interno della colonna, sono stati incorporati canali di raffreddamento negli elementi di impaccamento in acciaio. Il componente stampato in 3D, denominato “dispositivo intensificato”, è stato stampato in alluminio a causa della sua elevata conduttività termica, resistenza strutturale complessiva e stampabilità.

Costas Tsouris, uno dei principali ricercatori di ORNL sul progetto, ha detto del nome dell’articolo: “Chiamiamo il dispositivo intensificato perché consente di migliorare il trasferimento di massa attraverso il raffreddamento in situ. Il controllo della temperatura di adsorbimento è fondamentale per catturare la CO2 “.

Costas Tsouris, Xin Sun ed Eduardo Miramontes di ORNL, nella foto all’inizio di marzo, hanno dimostrato che il dispositivo intensificato stampato in 3D ha notevolmente migliorato l’efficienza di cattura dell’anidride carbonica. Credito: Carlos Jones / ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Lonnie Love, Lead Manufacturing Researcher presso ORNL, ha affermato che il dispositivo intensificato non era limitato all’alluminio:

“Il dispositivo può anche essere prodotto utilizzando altri materiali, come polimeri e metalli emergenti ad alta conducibilità termica. I metodi di produzione additiva come la stampa 3D sono spesso convenienti nel tempo perché richiede meno sforzo ed energia per stampare una parte rispetto ai metodi di produzione tradizionali “.

Secondo alcune stime, la cattura del carbonio utilizzata per ridurre le emissioni degli impianti di combustibili fossili potrebbe ridurre la CO2 dal 55 al 90 percento . Tuttavia, il problema più grande non è solo rimuovere i gas serra dalla fonte, ma cosa viene fatto con il materiale una volta rimosso. A breve termine, la CO2 è già utilizzata per estrarre petrolio dai pozzi, con il materiale iniettato nei pozzi per scacciare il petrolio greggio. In altre parole, la cattura del carbonio sta contribuendo attivamente al cambiamento climatico e al conseguente collasso ecologico perché sta aumentando l’uso di combustibili fossili ottenuti attraverso questo maggiore recupero del petrolio.

La conservazione a lungo termine è un altro problema. Ipoteticamente, dopo che la CO2 è stata trasportata tramite gasdotti come liquido o gas, potrebbe essere immagazzinata sottoterra o sott’acqua in formazioni geologiche. Sebbene possa essere tecnicamente fattibile, non è stato ampiamente testato e non sappiamo quali siano gli effetti collaterali dello stoccaggio di CO2 in eccesso sottoterra o sott’acqua. Simile al problema a breve termine, questa soluzione disincentiva la civiltà dipendente dai combustibili fossili dal passaggio a fonti di energia alternative perché suggerisce che l’uso di combustibili fossili può continuare indefinitamente se lo catturiamo alla fonte e lo immagazziniamo sotto terra con conseguenze imprevedibili utilizzando ancora- tecnologie da sviluppare.

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