Lignina, subprodusul uitat al industriei hârtiei, e testat ca material de captare a CO₂

Captarea dioxidului de carbon rămâne una dintre cele mai căutate tehnologii ale momentului, mai ales acum, când concentrația atmosferică de CO₂ a depășit deja 420 de părți per milion. Deși încă nu s-a atins nivelul optim necesar de vegetație pentru un maxim de oxigen, se caută metode pentru reducerea concentrațiilor. Ele ar putea fi utilizate în sutuația depășirii periculoase a acestor niveluri.

Un studiu recent, realizat de cercetători finlandezi și malaezieni, propune o soluție surprinzător de simplă. Este lignina, polimerul natural care alcătuiește până la 30% din structura lemnului, potrivit Global Enery Prize. Transformată prin procese chimice într-un deșeu de lemn, proprietățile ei excelente pot fi utilozate pentru absorbția CO₂ în exces.

De ce avem nevoie de alternative mai bune la materialele actuale

Captarea dioxidului de carbon se confruntă, în prezent, cu limitări tehnice importante, care împiedică adoptarea sa la scară largă. Multe dintre materialele folosite astăzi sunt scumpe de produs, sensibile la umiditate, își pierd rapid eficiența. În plus, necesită consum energetic ridicat pentru regenerare. E procesul prin care materialul saturat cu CO₂ este „curățat” pentru o nouă utilizare.

Din această cauză, cercetătorii caută constant alternative accesibile și sustenabile, care să poată fi produse la scară industrială. Lignina, generată anual în volume uriașe ca subprodus al fabricării hârtiei, cartonului și biocombustibililor, s-a dovedit a fi unul dintre cele mai promițătoare astfel de materiale. Asta se întâmplă tocmai pentru că reprezintă, în prezent, un deșeu de lemn subvalorificat economic.

Cum se transformă lignina într-un material capabil să rețină CO₂

Procesul de transformare a ligninei într-un sorbent eficient pentru captarea dioxidului de carbon începe cu încălzirea materialului în absența oxigenului. Scopul este obținerea unui material poros pe bază de carbon. Acesta este apoi tratat suplimentar cu reactivi chimici sau cu abur, pentru a forma o rețea densă de pori microscopici.

Cele mai eficiente structuri sunt așa-numitele ultra-micropori, cu dimensiuni sub 0,7 nanometri. Ele sunt spații extrem de mici, în care moleculele de dioxid de carbon rămân reținute deosebit de puternic. Pentru a spori și mai mult eficiența, cercetătorii introduc în material atomi de azot, sulf, fosfor și alte elemente. Acestea creează situsuri active pe suprafață. Ele sunt capabile să atragă CO₂ chiar și atunci când concentrația acestuia în gazele de ardere este scăzută.

Rezultatele obținute în laborator sunt remarcabile. Cele mai performante mostre din acest deșeu de lemn transformat reușesc să absoarbă aproape 7 milimoli de CO₂ per gram de material. Funcționează rapid în regim ciclic. Unii sorbenți ating până la 90% din capacitatea lor maximă în doar un minut. E o viteză de reacție impresionantă pentru acest tip de material.

Avantajul energetic, regenerare fără costuri uriașe

Un avantaj esențial al acestor materiale ține de eficiența energetică a procesului de regenerare, element crucial pentru orice tehnologie viabilă de captare a dioxidului de carbon. Deoarece dioxidul de carbon este reținut, în principal, prin interacțiuni fizice, nu prin legături chimice puternice, este nevoie de relativ puțină energie pentru a elibera CO₂-ul acumulat.

Practic, este suficientă încălzirea materialului sau reducerea presiunii pentru ca sorbentul din lignină să fie gata de o nouă utilizare. Ar fi un ciclu mult mai economic energetic decât cel necesar pentru multe dintre materialele folosite în prezent, care pot necesita temperaturi ridicate susținute pentru regenerare completă.

Ce mai trebuie clarificat înainte de aplicarea industrială

Cercetătorii subliniază, totuși, că rezultatele obținute în laborator nu garantează, automat, succesul aplicării industriale a acestui deșeu de lemn transformat în sorbent. Gazele de ardere reale conțin vapori de apă, oxigen, oxizi de sulf și oxizi de azot. Sunt substanțe care pot reduce semnificativ eficiența materialelor testate în condiții controlate de laborator.

În plus, izolarea ligninei pure din lemn necesită, la rândul ei, reactivi chimici și energie suplimentară, ceea ce crește semnificativ, în prezent, costul acestei tehnologii de captare a dioxidului de carbon. Rămâne deschisă, totodată, întrebarea privind amprenta ecologică totală a producției acestor materiale. Cercetătorii consideră necesară evaluarea emisiilor generate la toate etapele de fabricație, pentru a se asigura că noua tehnologie contribuie, într-adevăr, la reducerea netă a emisiilor de CO₂, nu doar la o mutare a problemei dintr-un loc în altul.