Nuovo studio su come costruire batterie dal nulla per auto a emissioni di carbonio negative

I nanotubi di carbonio, qui illustrati, potrebbero essere prodotti dall'anidride carbonica raccolta dall'atmosfera; potremmo usarli per creare batterie al carbonio negativo. Andrzej Wojcicki / Getty Images

La lotta per rallentare il riscaldamento globale si è concentrata principalmente sullo svezzamento degli esseri umani lontano dalla combustione di combustibili fossili che emettono anidride carbonica e contribuiscono all'effetto serra. Ci sono stati anche molti sforzi per trovare modi per catturare la CO₂ fuori dall'aria e metterlo da qualche parte dove non possa fare alcun danno. Ovviamente, la soluzione perfetta sarebbe realizzare entrambe le cose contemporaneamente. E se potessi prendere CO₂ fuori dall'atmosfera e utilizzarlo come una fonte di energia più pulita, riducendo la necessità di bruciare combustibili fossili?

Gli scienziati delle università Vanderbilt e George Washington potrebbero aver trovato un modo per farlo. In un articolo pubblicato oggi sulla rivista ACS Central Science dell'American Chemical Society, descrivono un processo per estrarre il carbonio dalla CO2 atmosferica₂, e poi usalo per creare nanotubi di carbonio. I nanotubi verrebbero quindi utilizzati per sostituire gli elettrodi di grafite nelle batterie agli ioni di litio per le auto elettriche. 

In teoria, potremmo creare auto elettriche non solo a emissioni zero, ma a emissioni di carbonio negative che immagazzinano energia e contrastano i danni ambientali del passato.

"Date le loro prestazioni migliori, il basso costo previsto e la capacità di rimuovere un gas a effetto serra, è probabile che le auto dotate di batteria a nanotubi di carbonio diventino la norma", afferma uno degli scienziati, il professore di chimica della GWU Stuart Licht, via e-mail.

In un comunicato stampa che annunciava lo sviluppo, Cary Pint, assistente professore di ingegneria meccanica di Vanderbilt, ha dichiarato: "Immagina un mondo in cui ogni nuovo veicolo elettrico o installazione di batterie su griglia non solo ci consentirebbe di superare i peccati ambientali del nostro passato, ma anche fornire un passo verso un futuro sostenibile per i nostri figli ".

Come funzionerebbe?

Il nuovo metodo di produzione delle batterie utilizza un processo sviluppato da Licht e dai suoi colleghi GWU per catturare il carbonio e utilizzarlo per produrre nanofibre di carbonio, che possono essere raggruppate per creare nanotubi. Questo processo comporta la distribuzione di energia solare concentrata per creare un bagno fuso di sostanze chimiche che raggiunge i 1.380 gradi F (749 gradi C). Quando l'aria viene aggiunta alla cella, l'anidride carbonica si dissolve quando viene sottoposta al calore e alla corrente continua degli elettrodi di nichel e acciaio.

Il Solar Thermal Electrochemical Process (STEP) converte l'anidride carbonica atmosferica in nanotubi di carbonio che possono essere utilizzati in batterie avanzate. Julie Turner / Vanderbilt University

Quando il gas si rompe, le molecole di carbonio si attaccano agli elettrodi e si accumulano in nanofibre. Dopo che Licht e il suo team hanno pubblicato il loro lavoro nel 2015, ha promesso di essere un potenziale punto di svolta. Non solo ha fornito un metodo per creare nanofibre di carbonio che era più economico rispetto ai metodi precedenti, ma ha anche offerto un modo per estrarre enormi quantità di anidride carbonica dall'atmosfera. 

Quando lo sviluppo è stato annunciato l'anno scorso, Licht ha detto di aver immaginato di costruire una serie di giganteschi C0₂-piante in nanofibre grandi come città in luoghi scarsamente popolati come l'Outback australiano e i deserti del Sahara e del Mojave.

Dal momento che è super resistente e leggera, la nanofibra di carbonio è stata pubblicizzata come il materiale del futuro per tutto, dalle travi dei grattacieli alle fusoliere degli aerei. Ma i nanotubi di carbonio ricavati da tali fibre sono anche piuttosto ottimi per la fabbricazione di batterie, perché la loro ampia superficie consente loro di immagazzinare una carica maggiore rispetto ad altre forme di carbonio. Nel 2010, i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno creato una batteria sperimentale con nanotubi di carbonio che aveva un terzo di capacità in più rispetto a una batteria agli ioni di litio convenzionale e 10 volte la potenza in uscita.

I ricercatori GW e Vanderbilt riferiscono che una batteria agli ioni di litio con elettrodi a nanotubi di carbonio funziona anche leggermente meglio di una batteria agli ioni di litio convenzionale e che la spinta viene amplificata quando la batteria viene caricata rapidamente..

Quando hanno utilizzato i nanotubi per sostituire gli elettrodi di grafite in una batteria agli ioni di sodio, un altro tipo di accumulo, hanno ottenuto un miglioramento ancora maggiore, circa 3,5 volte le prestazioni. Entrambi i tipi di batterie dotate di nanotubi di carbonio hanno sopportato con successo 10 settimane di carica e scarica continue senza segni di affaticamento.

Applicazioni pratiche per i progressi

Secondo Licht, l'inserimento di batterie con nanotubi di carbonio nelle automobili "fornirà alternative prive di emissioni di gas serra agli odierni processi industriali e di trasporto dei combustibili fossili".

Gina Coplon-Newfield, direttrice della Electric Vehicles Initiative del Sierra Club, ha affermato che, sebbene non abbia ancora visto le specifiche della svolta Vanderbilt-GWU, "sembra davvero intrigante". "In generale, siamo molto incoraggiati da ciò che vediamo accadere nella tecnologia delle batterie in questi giorni", afferma Coplon-Newfield. "Questo è sia in termini di progressi tecnologici, sia in termini di riduzione dei costi."

Il processo per utilizzare l'anidride carbonica atmosferica per produrre batterie non dovrebbe essere utilizzato solo per le auto elettriche. Potrebbe anche essere utilizzato per produrre batterie agli ioni di litio per dispositivi elettronici, e anche in batterie molto più grandi che potrebbero essere utilizzate per immagazzinare elettricità generata da pannelli solari e turbine eoliche..

Avere questo tipo di stoccaggio è fondamentale per lo sviluppo di future reti elettriche "intelligenti" che si basano su fonti di elettricità più piccole e decentralizzate, invece di dipendere da enormi centrali a carbone.

Ora è interessante L'uso delle batterie come dispositivi di accumulo di energia risale a centinaia, se non migliaia, di anni.