Riciclare la CO₂… su Marte

Un viaggio nelle tecnologie che trasformano l’anidride carbonica da rifiuto dannoso a potenziale risorsa sul pianeta Terra, e non solo. 

Giulia Perotti e Silvia Pugliese

Una questione di chimica: ossigeno dalla CO₂

Gli ultimi decenni sono stati protagonisti di un incredibile sviluppo delle tecnologie in grado di riciclare l’anidride carbonica emessa nell’atmosfera terrestre. Ad esempio, la CO2 puó venire catturata e trasformata in materiali da costruzione o carburanti. 

In alternativa, la CO2 puó essere semplicemente scomposta in ossigeno (O2) e monossido di carbonio (CO). Come? Mediante un processo chimico chiamato elettrolisi a ossido solido. Per intenderci, questo processo chimico assomiglia a ció che avviene nelle batterie che utilizziamo tutti i giorni. La CO2 viene introdotta in una cella apposita e qui, grazie all’elettricitá e a un materiale in grado di condurre ioni, noto come elettrolita, i legami che formano l’anidride carbonica vengono “rotti” per produrre molecole di monossido di carbonio e ossigeno (Fig. 1).

Fig. 1. Illustrazione del funzionamento di una cella ad ossido solido.

É su questa tecnologia che si basa il progetto eCOs, ideato dall’impresa danese Haldor Topsoe. eCOs è una piccola cella a ossido solido come quella rappresentata in Figura 1 e finora è stata utilizzata principalmente per la produzione di monossido di carbonio, ingrediente fondamentale in molti processi industriali, quali ad esempio la produzione di carburanti e farmaci. 

Attualmente le dimensioni ridotte di eCOs non permettono la trasformazione di ingenti quantitá di CO2. Celle piú grandi sarebbero in grado di ridurre considerevolmente la concentrazione di CO2 nell’atmosfera terrestre, e di fornire una risposta piú adeguata al cambiamento climatico. Tuttavia, uno degli ostacoli principali nella progettazione di queste gigantesche celle consiste nello stoccaggio di un elevato quantitativo di monossido di carbonio, il quale, se non propriamente trasformato in prodotti duraturi, contribuisce anch’esso al cambiamento climatico – oltre a essere tossico.

Produrre ossigeno su Marte: MOXIE

Un’interessante applicazione del progetto eCOs, mirata alla produzione di ossigeno, é stata messa a punto dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) e ora si trova su Marte. Infatti, il pianeta rosso possiede un’atmosfera ricca di CO2 (ben il 96%!) e l’ossigeno é solo lo 0.13%, rispetto al 21% dell’atmosfera terrestre. La mancanza di ossigeno rende inevitabilmente impossibile la sopravvivenza di esseri viventi su Marte. Tuttavia, la NASA, in collaborazione con il MIT, si sta preparando all’esplorazione umana del pianeta rosso. Di conseguenza sta testando come trasformare la principale risorsa dell’atmosfera marziana, la CO2, in ossigeno, e dunque garantire la sopravvivenza degli astronauti su Marte e il loro ritorno in sicurezza sulla Terra. 

Questa primissima applicazione, che prende il nome di MOXIE, ha giá prodotto risultati incoraggianti. È stata montata nella pancia del veicolo a quattro ruote Perseverance, atterrato su Marte lo scorso febbraio (Fig. 2). Come funziona esattamente MOXIE?  

Fig. 2. MOXIE, la prima applicazione di eCOs montata a bordo di Perseverance in grado di produrre ossigeno dalla CO2 presente nell’atmosfera marziana, come fanno le piante.

MOXIE é grande quanto la batteria di un’automobile e funziona pressoché come una pianta. Inala la CO2 dell’atmosfera marziana ed esala ossigeno proprio attraverso il procedimento di cui abbiamo parlato prima: l’elettrolisi a ossido solido (Fig.1). Al momento, MOXIE è stato attivato una volta sola, e ha prodotto circa 5 grammi di ossigeno, equivalente a 10 minuti di aria respirabile. Tuttavia, questo strumento è stato pensato per produrre fino a 10 grammi di ossigeno (puro al 98%) in un’ora. 

Il futuro di MOXIE

MOXIE verrá azionato all’incirca una decina di volte durante la missione di Perseverance, in modo da testare il suo funzionamento in svariate condizioni della notte e del giorno marziani. É bene ricordare però che MOXIE è solo un prototipo dei generatori di ossigeno del futuro. Questi dovranno essere notevolmente piú grandi di MOXIE per fornire il quantitativo di O2 necessario per esplorazioni umane di Marte. Considerate che solamente per far ripartire una troupe di astronauti da Marte servono 30-50 tonnellate di propellente, vale a dire ossigeno, equivalente al peso di una navicella spaziale! Questa tecnologia di riciclaggio della CO2 sará in grado di fornire i ¾ del propellente di cui i primi astronauti avranno bisogno per ritornare sulla Terra.   

Sebbene i risultati finora ottenuti con MOXIE siano stati decisamente soddisfacenti, la progettazione di giganteschi generatori di ossigeno per il loro utilizzo sia sulla Terra che su Marte procede a rilento. Non resta che chiederci se questi generatori verranno mai utilizzati per contrastare il cambiamento climatico – ed evitare che l’atmosfera terrestre diventi come quella marziana! Nel frattempo, è bene ricordarsi di una cosa: il riciclaggio della CO2 non riduce necessariamente le emissioni, e la quantificazione dei suoi benefici climatici è molto complessa. Che vuol dire tutto questo? Che riciclare la CO2 non vuol dire avere l’autorizzazione a continuare a emetterne.