una ricerca condotta dagli scienziati dell’Oregon State University, pubblicata su Chemical Science ha dimostrato la capacità delle molecole di perossido di vanadio di reagire e legarsi all’anidride carbonica, un passo importante verso tecnologie migliorate per rimuovere la CO2 dall’atmosfera.
Si tratta di un elemento chimico così visivamente interessante da aver preso il nome da una dea e mostra un livello di reattività “Goldilocks“, né troppo né troppo poco, che lo rende un forte candidato come strumento di depurazione del carbonio.
Usare il vanadio per rimuovere l’anidride carbonica
Lo studio fa parte di un lavoro federale da 24 milioni di dollari per sviluppare nuovi metodi per la cattura diretta dell’aria, o DAC, del biossido di carbonio, un gas serra prodotto dalla combustione di combustibili fossili ed è associato al cambiamento climatico.
Gli impianti che filtrano il carbonio dall’aria hanno cominciato a sorgere in tutto il mondo, ma sono ancora agli inizi. Le tecnologie per mitigare l’anidride carbonica nel punto di ingresso nell’atmosfera, come nelle centrali elettriche, sono più sviluppate. Entrambi i tipi di cattura del carbonio saranno probabilmente necessari se si vuole che la Terra eviti gli esiti peggiori del cambiamento climatico, secondo il parere degli esperti.
Nel 2021 May Nyman dell’Oregon State, Professoressa di chimica del Terence Bradshaw al College of Science, è stata scelta come leader di uno dei nove progetti di cattura diretta dell’aria finanziati dal Dipartimento dell’Energia. Il suo team ha esplorato come alcuni complessi di metalli di transizione possono reagire con l’aria per rimuovere l’anidride carbonica e convertirla in un carbonato metallico, simile a quello che si trova in molti minerali naturali.
I metalli di transizione si trovano vicino al centro della tavola periodica e il loro nome deriva dalla transizione degli elettroni da stati di bassa energia a stati di alta energia e viceversa, dando origine a colori distintivi. Per questo studio, gli scienziati si sono concentrati sul vanadio, dal nome Vanadis, l’antico nome norvegese della dea scandinava dell’amore che si dice fosse così bella che le sue lacrime si trasformarono in oro.
Nyman ha evidenziato che l’anidride carbonica esiste nell’atmosfera con una densità di 400 parti per milione. Questo significa che per ogni milione di molecole d’aria, 400 di esse sono anidride carbonica, ovvero lo 0,04%.
“Una sfida con la cattura diretta dell’aria è trovare molecole o materiali che siano sufficientemente selettivi, o altre reazioni con molecole d’aria più abbondanti, come le reazioni con l’acqua, che supereranno la reazione con la CO 2″, ha detto Nyman: “Il nostro team ha sintetizzato una serie di molecole che contengono tre parti importanti per rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera e lavorano insieme“.
Una parte è il vanadio, così chiamato per la gamma di bellissimi colori che può esibire, e un’altra parte è il perossido, che si lega al vanadio. Poiché una molecola di perossido di vanadio è caricata negativamente, ha bisogno di cationi alcalini per il bilanciamento della carica, ha detto Nyman, e i ricercatori hanno utilizzato cationi alcalini di potassio, rubidio e cesio per questo studio. L’esperta ha aggiunto che i collaboratori hanno anche provato a sostituire il vanadio con altri metalli dello stesso quartiere sulla tavola periodica.
Come agisce il vanadio?
“Tungsteno, niobio e tantalio non erano altrettanto efficaci in questa forma chimica“, ha detto Nyman: “D’altra parte, il molibdeno era così reattivo che a volte esplodeva“. Inoltre, gli scienziati hanno sostituito gli alcali con ammonio e tetrametilammonio, il primo dei quali è leggermente acido. Quei composti non hanno reagito affatto, un enigma che i ricercatori stanno ancora cercando di capire.
“E quando abbiamo rimosso il perossido, ancora una volta, non c’era molta reattività “, ha spiegato Nyman: “In questo senso, il perossido di vanadio è un bellissimo goldilocks viola che diventa dorato se esposto all’aria e lega una molecola di anidride carbonica“.
Un’altra caratteristica preziosa del vanadio è che consente una temperatura di rilascio relativamente bassa di circa 200°C per l’anidride carbonica catturata.
“Questo è paragonato ai quasi 700°C quando è legato al potassio, al litio o al sodio, altri metalli utilizzati per la cattura del carbonio“, ha affermato: “Essere in grado di rilasciare nuovamente la CO 2 catturata consente il riutilizzo dei materiali di cattura del carbonio, e minore è la temperatura richiesta per farlo, minore è l’energia necessaria e minore è il costo. Esistono già alcune idee molto intelligenti sul riutilizzo del carbonio catturato in fase di implementazione, ad esempio convogliando la CO 2 catturata in una serra per far crescere le piante”.
Altri autori dell’Oregon State dello studio hanno incluso Tim Zuehlsdorff, assistente Professore di chimica teorico/fisica, e il ricercatore post-dottorato Eduard Garrido.
“Sono anche molto orgoglioso del duro lavoro degli studenti laureati nel mio laboratorio, Zhiwei Mao e Karlie Bach, e dello studente universitario Taylor Linsday“, ha concluso Nyman: “Questa è un’area completamente nuova per il mio laboratorio, così come per Tim Zuehlsdorff, che ha supervisionato lo studente di dottorato Jacob Hirschi sugli studi computazionali per spiegare i meccanismi di reazione. L’avvio di una nuova area di studio comporta molte incognite”.
