Reti interattive per la cattura di gas ad elevata selettività

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo materiale poroso e flessibile che apre le porte e assorbe solo l'anidride carbonica tra varie molecole di gas simili. CREDITO: Mindy Takamiya/iCeMS dell'Università di Kyoto

A cura di Eurasia Review

"Il nostro lavoro dimostra eccezionali prestazioni di riconoscimento e separazione delle molecole organizzando deliberatamente la geometria dei pori, la flessibilità strutturale e i siti di legame a livello molecolare all'interno di un polimero di coordinazione poroso (PCP)", afferma il chimico Susumu Kitagawa, leader del gruppo di ricerca presso l'Istituto dell'Università di Kyoto per le scienze integrate dei materiali cellulari.

I PCP, noti anche come strutture metallo-organiche (MOF), hanno ioni metallici o cluster tenuti insieme da gruppi di collegamento organici (a base di carbonio). La scelta di diversi componenti metallici e la regolazione delle dimensioni e della struttura dei gruppi organici può creare un'enorme varietà di materiali cristallini contenenti pori con dimensioni, strutture e capacità di legame chimico finemente controllate. Il nuovo lavoro, tuttavia, va oltre, con i pori che si adattano quando le molecole desiderate si legano ad essi.

“Abbiamo progettato un PCP flessibile con un sistema di canali ondulati in grado di interagire e assorbire le molecole di CO2 aprendo selettivamente i pori che agiscono come porte, consentendo il passaggio solo della CO2”, afferma Ken-ichi Otake, anch’egli del team di Kyoto. Catturare la CO2 è particolarmente impegnativo, spiega, a causa delle dimensioni relativamente piccole della molecola e della bassa affinità per molti materiali adsorbenti.

Il termine tecnico per indicare ciò che si ottiene dall’interazione tra CO2 e PCP è “gating di discriminazione di esclusione”. Ciò significa che il legame delle molecole scelte come target di estrazione, in questo caso la CO2, avvia un cambiamento strutturale sinergico che migliora il legame e apre la struttura della fase solida per consentire l'ingresso della molecola legata.

Il team ha dimostrato la potenza del proprio sistema utilizzandolo per raccogliere CO2 da miscele contenenti molte molecole significative a livello industriale, tra cui azoto, metano, monossido di carbonio, ossigeno, idrogeno, argon, etano, etene ed etino.

Il processo è significativamente più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle opzioni esistenti, nell’arco di un ciclo completo di cattura e rigenerazione selettiva del gas. Ciò potrebbe essere importante per lo sviluppo di tecnologie di separazione del gas più sostenibili in grado di supportare processi industriali a basse emissioni di carbonio. L’efficienza energetica sarà vitale anche per qualsiasi impegno di ingegneria climatica su larga scala volto a estrarre l’anidride carbonica dall’atmosfera. Queste non saranno opzioni pratiche se richiedono la generazione di grandi quantità di energia per alimentare il ciclo di estrazione, rilascio e stoccaggio.

“Basando su questo successo iniziale, si spera che la ricerca futura ottenga scoperte più versatili in un’ampia gamma di processi di estrazione selettiva del gas, afferma il ricercatore post-dottorato Yifan Gu, primo autore del rapporto di ricerca.