Idrogeno verde e batteri: così la cattura della CO2 si fa sostenibile

La cattura della CO₂ fa un passo in avanti sensibile, puntando a entrare negli edifici, residenziali e non solo, e migliorando la qualità dell’aria. Tutto questo sarà possibile grazie all’idea di una startup italiana che ha messo a punto una tecnologia brevettata per la carbon capture, che fa leva sulle energie rinnovabili e sui batteri per avviare un processo nuovo: la Carbon Capture and Fixation (CCF).

La CCF è un approccio totalmente nuovo, frutto di una ricerca nata in un team del Dipartimento di Chimica dell’Università di Bologna – di stanza a Ravenna – e che oggi sta mettendo a punto la propria intuizione per sviluppare diverse soluzioni tecnologiche.

La finalità è ridurre drasticamente la quantità di anidride carbonica presente negli ambienti indoor (ma lavora anche outdoor), trasformandola in prodotto eco-compatibile e base per carburanti sostenibili utile ad alimentare le navi, responsabili del 4-5% delle emissioni di CO₂ a livello globale.

Cattura della CO₂ innovativa: l’idea della startup

La startup artefice del nuovo processo green di cattura della CO₂, più precisamente di cattura e utilizzo della CO₂ si chiama RAPCO2. Come spiega la stessa realtà innovativa, la soluzione ideata e oggetto di brevetto è un processo chimico-biologico a basso consumo energetico in grado di catturare biossido di carbonio, sia dall’aria che da fonti puntuali, e convertirla in composti completamente carbon neutral.

Tutto questo è reso possibile principalmente da microrganismi in grado di utilizzare la CO2 intrappolata nel materiale di cattura, utilizzandola per la crescita e la produzione di composti chimici rinnovabili.

Il cuore della soluzione è l’innovativa sinergia tra il processo di cattura e la fissazione biologica ideato e brevettato dal team RAPCO2. “Una volta che il materiale di cattura è stato rigenerato a costo nullo tramite la tecnologia proprietaria, può tornare a catturare CO2 direttamente dall’aria”.

Ideatore del brevetto sul quale si fonda RAPCO2 è Cristian Torri, professore di chimica dell’Università di Bologna e CTO della realtà innovativa. È lui che, insieme al post-doc Andrea Facchin, (co-founder e co-Ceo), ha lavorato su un’idea ambiziosa: ridurre l’anidride carbonica e produrre un impatto positivo sul cambiamento climatico. Tale finalità è stata la menzione speciale del riconoscimento tributatole nel corso di Start Cup Ecosister Emilia-Romagna, competizione per progetti d’impresa organizzata dalla Regione e da Art-ER.

Dove è nata la Carbon Capture and Fixation

L’intuizione alla base del processo e della soluzione tecnologica della startup è nata nel Campus a Ravenna dell’ateneo felsineo, basato sulle scienze ambientali. Qui sono presenti vari dipartimenti (Chimica, Biologia, Geologia, Fisica, Ingegneria) e si adotta una metodologia di ricerca aperta e trasversale.

Come racconta il professor Torri,

«nel corso di alcuni esperimenti basati sull’uso dell’idrogeno, in cui non avevamo aggiunto la CO₂ pura dalla bombola, ci siamo resi conto che i batteri naturali presenti nei digestori anaerobici, utilizzati sotto forma di colture microbiche miste, si potevano selezionare per produrre un sistema in grado di assorbire l’anidride carbonica da fonti diluite (come l’aria). Da qui è nata l’idea di un processo totalmente nuovo, che abbiamo denominato CCF (Carbon Capture and Fixation)».

Il motivo della nuova sigla per la cattura della CO₂ lo spiega lo stesso docente: «ci siamo resi conto che i nostri batteri, quando lavorano, non soltanto producono i composti chimici target, ma rendono possibile ed economico il passaggio di solito più energivoro nella carbon capture, cioè la rigenerazione del materiale di cattura. Questo passaggio di solito richiede da circa 1-2 kWh elettrici fino anche a 3-9 kWh termici, o 1-2 kWh elettrici, per kg di CO₂. Questo si traduce in un dispendio energetico importante: solo per la cattura si consuma la stessa quantità di CO2 contenuta nel prodotto chimico».

La soluzione di RAPCO2 elimina i consumi energetici per la rigenerazione del materiale di cattura dell’anidride carbonica, sfruttando la capacità dei microrganismi selezionati di estrarla dal materiale di cattura e utilizzarla per la crescita e la produzione di composti chimici rinnovabili.

“Il cuore della soluzione è l’innovativa sinergia tra il processo di cattura e la fissazione biologica ideato e brevettato dal team RAPCO2. Una volta che il materiale di cattura è stato rigenerato a costo nullo tramite la tecnologia proprietaria, può tornare a catturare la CO2 direttamente dall’aria, in un processo perfettamente ciclico ed estremamente competitivo rispetto ai processi esistenti di cattura e utilizzo dell’anidride carbonica”.

Questo è l’elemento dirompente del processo: «L’energia che le tecnologie esistenti, pur ottimizzate, utilizzano per la cattura della CO₂, noi la possiamo utilizzare per realizzare il prodotto chimico, ossia l’idrogeno necessario per ridurre l’anidride carbonica». Il vantaggio è notevole, richiedendo solo un terzo del costo energetico sul prodotto finale.

Dai batteri l’e-fuel per le navi

C’è poi un altro elemento di interesse nel processo di cattura della CO₂ messo a punto dalla startup nata a Ravenna. Al centro sono ancora i batteri, più precisamente i microrganismi omoacetogenici impiegati nel reattore RAPCO2. Lavorando in specifiche condizioni, essi consentono di produrre una soluzione straordinariamente concentrata di acetato, permettendo, tramite una combinazione di processi già noti, l’ottenimento di un eFuel sostenibile: l’alcol isopropilico.

«Il nostro processo è sostanzialmente in grado di produrre cristalli di acetato ad elevata purezza, da cui, mediante un trattamento termico, si ottiene acetone che idrogenato genera l’alcol isopropilico, un composto con svariate applicazioni utili, specie in settori hard to abate, come il comparto navale».

Alla base del processo c’è il materiale di cattura, un formulato confidenziale a base di acqua e aminoacidi alimentari (del tutto simili agli integratori usati per chi fa sport). Esso viene messo a contatto con l’atmosfera, caricandosi di CO₂ fino al 10-20%. Questo materiale carico viene poi prelevato e trasportato tramite autobotte all’impianto, dove l’anidride carbonica alimenta i batteri, che la utilizzano per produrre il prodotto chimico, restituendo il materiale di cattura pronto per un nuovo impiego.

Migliorare la qualità dell’aria con la cattura della CO₂

La cattura della CO₂ indoor diventa di fondamentale importanza per migliorare la qualità dell’aria e della vita dei residenti.

Ognuno di noi trascorre mediamente l’80% della propria vita in spazi confinati. Gli effetti della cattiva qualità dell’aria non hanno solo l’effetto deleterio scatenante la sick building syndrome. Già a concentrazioni a norma di legge, l’anidride carbonica presente negli ambienti incide negativamente sulla vita dei residenti.

Secondo una review sistematica condotta dall’Università di Beijing, le prestazioni delle attività cerebrali ne risentono: nei compiti complessi sono diminuite significativamente quando esposte a concentrazioni aggiuntive di CO₂ di 1000-1500 ppm.

“La meta-analisi fornisce nuove prove a supporto della raccomandazione di un limite di concentrazione per l’esposizione professionale più severo, inferiore a 1000 ppm, nei luoghi di lavoro che richiedono elevate esigenze cognitive. Inoltre, si suggerisce che la durata dell’esposizione per l’esecuzione di compiti cognitivi complessi a concentrazioni indoor di CO2 elevate non superi le due ore”. Nelle intenzioni di RAPCO2 mira ad abbassare la concentrazione di biossido di carbonio indoor fino a livelli ideali di 500 ppm, o anche inferiori, equivalenti a quelli outdoor, creando un ambiente idealmente privo di inquinanti simile, secondo il motto di RAPCO2, ad “una foresta nella stanza”.

Il contributo dell’idrogeno verde

Nel processo di cattura della CO₂ c’è un ulteriore fattore abilitante: la produzione emergente di idrogeno verde tramite elettrolisi, che conta sulla progressiva riduzione del prezzo degli elettrolizzatori, che già oggi è verificabile sul mercato.

«Un elemento chiave di RAPCO2 è che puntiamo a sfruttare il picco produttivo energetico del fotovoltaico o dell’eolico, producendo l’idrogeno verde necessario al processo. L’elemento chiave è che così possiamo utilizzare l’energia a bassissimo costo. È già oggi un processo economicamente promettente, contando sull’impiego di elettrolizzatori realizzati in ambito extra-europeo. Stimo che nei prossimi anni, se tutto andrà bene, il prezzo di mercato sarà promettente anche con gli elettrolizzatori prodotti in Europa».

Dove entra in gioco l’idrogeno? Nel reattore, realizzato con un composito a base di biochar, crescono batteri esposti all’idrogeno gassoso a bassa pressione (1 bar è sufficiente). I batteri lo consumano e lo combinano con la CO₂ ricavata dal materiale di cattura per produrre acido acetico, che viene poi processato per ottenere alcol isopropilico.

La quantità di idrogeno necessaria è di 220-230 grammi per ogni chilogrammo di acido isopropilico.

Le tecnologie messe a punto

RAPCO2 sta lavorando alla sperimentazione e alla successiva commercializzazione dei suoi due impianti: BlueLeaf, ideale per piccole imprese, negozi ed uffici; e Jungle, per grandi aziende e centri commerciali.

«L’elemento innovativo chiave della nostra tecnologia è che la rigenerazione dei materiali di cattura (il processo più energivoro nella DAC) avviene mediante un reattore biologico brevettato che, producendo composti chimici utili, estrae attivamente l’anidride carbonica, senza consumi energetici».

Nel caso del BlueLeaf il materiale di cattura contenente la CO₂ viene trasportato e rigenerato nell’eRefinery, la facility centralizzata che trasforma la CO₂ in prodotto chimico rigenerandolo, mentre nel caso l’eJungle è un sistema completo che la trasforma direttamente, convertendola in prodotti chimici in prossimità del sito di cattura.

«Blue Leaf, modulare e customizzato, è pensato per essere ubicato all’interno degli edifici ed è di piccola taglia, con i primi modelli già commercializzati da maggio 2026. All’inizio partiremo dai grandi edifici, per i quali siamo già disponibili ad accettare ordini, e successivamente andremo a dotare tutti gli edifici di questo sistema di cattura della CO₂».

Stato dell’arte e prospettive

La startup ha realizzato un piccolo prototipo, attualmente operativo nel laboratorio di Ravenna. «Stiamo mettendo a punto l’impianto sperimentale per il livello successivo, sul piazzale dell’università, con componentistica industriale, in grado di catturare una tonnellata l’anno di CO₂, che sarà pronto in primavera del 2026. Il passo successivo, una volta effettuati gli ultimi interventi e il percorso di certificazione, di commercializzare Blue Leaf in autunno». Sarà poi la volta del processo produttivo dell’alcol isopropilico, nell’anno successivo, con la realizzazione del primo impianto. «Il 2026 sarà l’anno del call for funding, ovvero la ricerca di uno o più attori in grado di supportare la fase successiva», conclude il co-fondatore di RAPCO2.

FAQ Cattura della CO2

Cos’è la CCS?

Carbon Capture and Storage (CCS) è un processo di confinamento geologico dell’anidride carbonica (CO2) prodotta da grandi impianti di combustione; una tecnologia che sta entrando a far parte del mix di strategie disponibili per far fronte alla crescente concentrazione in atmosfera di CO2 di origine antropica.

Come avviene la cattura della CO2?

Ci può essere la Carbon Capture and Storage (CCS – cattura e stoccaggio del carbonio), la CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage, ovvero cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio).

La differenza principale è che il CCUS include anche l’opzione di riutilizzare la CO₂ catturata, oltre a poterla stoccare permanentemente nel sottosuolo, come nel caso della CCS.

La cattura diretta dall’aria (Direct Air Capture o DAC) è una tecnologia che estrae l’anidride carbonica dall’atmosfera per mitigare il cambiamento climatico. Funziona aspirando l’aria e utilizzando filtri chimici o fisici per separare la CO₂, che può poi essere stoccata sottoterra in modo permanente o utilizzata per creare nuovi prodotti.

Perché serve procedere alla cattura e sequestro (e utilizzo) dell’anidride carbonica?

In assenza di una marcata accelerazione ai tagli delle emissioni, i piani per raggiungere gli obiettivi del clima fissati a Parigi nel 2015 sono legate alla possibilità di catturare e immagazzinare le emissioni di anidride carbonica in eccesso nell’atmosfera.

IPCC ricorda che le tecnologie CCS sono ancora in larga parte in fase prototipale. Ciò significa che anche se in alcuni contesti vengono testate o persino utilizzate, non sono ancora disponibili per l’utilizzo commerciale su larga scala.

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