Miglioramento della cattura di CO2 nel processo post‑combustione usando carbone attivo modificato con amminoacidi

Pulire l’aria dopo la combustione dei combustibili

L’anidride carbonica proveniente dalle centrali elettriche è un importante fattore del riscaldamento globale, eppure gran parte della nostra elettricità proviene ancora dalla combustione di combustibili fossili. Un modo pratico per ridurre queste emissioni è intrappolare la CO2 nei gas di scarico caldi prima che si disperda nell’atmosfera. Questo studio esplora come rendere un materiale comune e relativamente economico — il carbone attivo — più efficace nell’acquisire CO2 rivestendone delicatamente la superficie con semplici mattoni delle proteine detti amminoacidi.

Trasformare il carbone comune in una spugna migliore

Il carbone attivo è già impiegato in filtri per l’acqua e purificatori d’aria perché è pieno di pori microscopici che agiscono come una spugna per le molecole. Per la cattura post‑combustione nelle centrali, un materiale ideale deve trattenere molta CO2 anche quando è presente a basse concentrazioni e a temperature elevate, rimanendo stabile e facilmente rigenerabile. I ricercatori hanno iniziato con carboni attivi commerciali e hanno confrontato la loro capacità naturale di adsorbire CO2 — «adsorbire» qui indica che le molecole si attaccano alla superficie piuttosto che reagire chimicamente. Hanno confermato che a temperatura ambiente il materiale può trattenere diversi millimoli di CO2 per grammo, ma questa capacità diminuisce bruscamente quando il gas si riscalda, una caratteristica tipica dell’adesione fisica piuttosto che di un forte legame chimico.

Aggiungere «impugnature» gentili per l’anidride carbonica

Per migliorare le prestazioni, il team ha modificato la superficie del carbone usando tre amminoacidi: glicina, serina e lisina. Si tratta di piccole molecole organiche ricche di azoto, un tipo di atomo noto per interagire più fortemente con la CO2. Il carbone attivo è stato immerso in soluzioni contenenti ciascun amminoacido, talvolta insieme a semplici sali alcalini, quindi lavato e asciugato. Nei test le campioni trattati con glicina e serina hanno in generale catturato più CO2 rispetto al materiale originale, mentre la lisina ha spesso peggiorato le prestazioni, specialmente quando combinata con sali aggiunti. La glicina si è distinta: nonostante sia la più piccola delle tre, ha aumentato la capacità di cattura della CO2 fino a circa il 25% senza compromettere la capacità del materiale di trattenere l’azoto, un gas di fondo chiave nei flussi di fumo.

Trovare il punto ottimale nelle condizioni di trattamento

Poiché sovraccaricare il carbone con modificanti può ostruire i pori, i ricercatori hanno variato con attenzione temperatura di trattamento, tempo e concentrazione di glicina, analizzando i risultati con un approccio di progettazione statistica. Hanno rilevato che una ricetta intermedia — temperatura moderata, qualche ora di trattamento e livello medio di glicina — forniva la migliore cattura di CO2. Microscopia e misure di adsorbimento di gas hanno mostrato che il carbone modificato manteneva quasi la stessa area superficiale e distribuzione delle dimensioni dei pori dell’originale, indicando che la glicina decorava principalmente le pareti interne invece di ostruire i passaggi. Test infrarossi e ai raggi X hanno confermato la comparsa di nuovi gruppi contenenti azoto e ossigeno sulla superficie, mentre la struttura di carbonio sottostante è rimasta sostanzialmente invariata.

Come si comporta il materiale migliorato

Misurando l’adsorbimento di CO2 e azoto a diverse temperature, il team ha stimato il calore rilasciato quando ciascun gas viene adsorbito. Questi valori rientravano nell’intervallo tipico delle interazioni fisiche, non di reazioni chimiche permanenti, ma risultavano sensibilmente più elevati per il carbone trattato con glicina rispetto al campione grezzo. Ciò significa che la CO2 è trattenuta più saldamente, il che spiega la maggiore capacità, ma dovrebbe comunque essere possibile rilasciare il gas nuovamente con un moderato riscaldamento o variazioni di pressione. Il carbone modificato ha inoltre mostrato buona stabilità termica fino a temperature ben superiori a quelle normalmente presenti nei sistemi di cattura post‑combustione, suggerendo che potrebbe sopportare numerosi cicli di cattura‑rigenerazione.

Cosa potrebbe significare per le emissioni delle centrali

In termini pratici, il lavoro mostra che decorare leggermente il carbone attivo con un semplice amminoacido può trasformare un materiale di filtro commerciale in un «calamita» più selettiva e più efficace per la CO2. La glicina offre il miglior equilibrio: la sua piccola dimensione le permette di rivestire le pareti dei pori con punti di presa aggiuntivi senza ostruirli, così più molecole di CO2 possono essere catturate e rilasciate ripetutamente. Pur funzionando ancora meglio a temperature più basse, strategie intelligenti di scambio termico nelle centrali reali potrebbero raffreddare sufficientemente i gas di scarico per sfruttare questa spugna migliorata. Complessivamente, questi risultati indicano sorbenti economici e regolabili che potrebbero essere retrofitati negli impianti esistenti per contribuire a ridurre le emissioni di gas serra senza rivoluzionare l’intero sistema energetico.

Citazione: Houshmand, D., Rashidi, F., Amjad-Iranagh, S. et al. Enhancement of CO₂ capture in post combustion process using actived carbon modified by amino acids. Sci Rep 16, 10569 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44400-z

Parole chiave: cattura del carbonio, carbone attivo, amminoacidi, post‑combustione, adsorbimento di CO2