Los investigadores del MIT han desarrollado un nuevo sistema que podría usarse para convertir las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas en combustibles útiles para los automóviles. camiones y aviones, así como en materias primas químicas para una amplia variedad de productos.

El nuevo sistema basado en membranas fue desarrollado por el postdoctorado del MIT Xiao-Yu Wu y Ahmed Ghoniem, el Profesor Ronald C. Crane de Ingeniería Mecánica, y se describe en un artículo en la revista ChemSusChem . La membrana hecho de un compuesto de lantano, calcio, y óxido de hierro, permite que el oxígeno de una corriente de dióxido de carbono migre hacia el otro lado, dejando atrás monóxido de carbono. Otros compuestos, conocidos como conductores electrónicos iónicos mixtos, también se están considerando en su laboratorio para su uso en múltiples aplicaciones, incluida la producción de oxígeno e hidrógeno.

El monóxido de carbono producido durante este proceso se puede utilizar como combustible por sí mismo o combinado con hidrógeno y / o agua para producir muchos otros combustibles de hidrocarburos líquidos, así como productos químicos, incluido el metanol (utilizado como combustible para automóviles). syngas, etcétera. El laboratorio de Ghoniem está explorando algunas de estas opciones. Este proceso podría formar parte del conjunto de tecnologías conocidas como captura de carbono, utilización, y almacenamiento, o CCUS, que si se aplica a la producción de electricidad podría reducir el impacto del uso de combustibles fósiles en el calentamiento global.

La membrana con una estructura conocida como perovskita, es "100% selectivo para el oxígeno, "permitiendo que solo esos átomos pasen, Wu explica. La separación está impulsada por temperaturas de hasta 990 grados Celsius, y la clave para que el proceso funcione es mantener el oxígeno que se separa del dióxido de carbono fluyendo a través de la membrana hasta que llegue al otro lado. Esto se puede hacer creando un vacío en el lado de la membrana opuesto a la corriente de dióxido de carbono, pero eso requeriría mucha energía para mantenerlo.

En lugar de un vacío los investigadores utilizan una corriente de combustible como hidrógeno o metano. Estos materiales se oxidan tan fácilmente que en realidad atraerán los átomos de oxígeno a través de la membrana sin requerir una diferencia de presión. La membrana también evita que el oxígeno regrese y se vuelva a combinar con el monóxido de carbono, para formar dióxido de carbono de nuevo. Por último, y dependiendo de la aplicación, Se puede utilizar una combinación de algo de vacío y algo de combustible para reducir la energía requerida para impulsar el proceso y producir un producto útil.

La entrada de energía necesaria para mantener el proceso en marcha, Wu dice, es calor, que podría ser proporcionada por energía solar o por calor residual, algunos de los cuales podrían provenir de la propia central eléctrica y otros de otras fuentes. Esencialmente, el proceso permite almacenar ese calor en forma química, para usar siempre que sea necesario. El almacenamiento de energía química tiene una densidad de energía muy alta (la cantidad de energía almacenada para un peso determinado de material) en comparación con muchas otras formas de almacenamiento.

En este punto, Wu dice, él y Ghoniem han demostrado que el proceso funciona. La investigación en curso está examinando cómo aumentar las tasas de flujo de oxígeno a través de la membrana, tal vez cambiando el material utilizado para construir la membrana, cambiando la geometría de las superficies, o agregando materiales catalizadores en las superficies. Los investigadores también están trabajando para integrar la membrana en reactores en funcionamiento y acoplar el reactor con el sistema de producción de combustible. Están examinando cómo se podría ampliar este método y cómo se compara con otros enfoques para capturar y convertir las emisiones de dióxido de carbono. en términos de costos y efectos en las operaciones generales de la central eléctrica.

En una central eléctrica de gas natural en la que el grupo de Ghoniem y otros han trabajado anteriormente, Wu dice que el gas natural entrante podría dividirse en dos corrientes, uno que se quemaría para generar electricidad mientras se produce una corriente pura de dióxido de carbono, mientras que la otra corriente iría al lado del combustible del nuevo sistema de membranas, proporcionar la fuente de combustible que reacciona con el oxígeno. Esa corriente produciría una segunda salida de la planta, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono conocida como gas de síntesis, que es un combustible y materia prima industrial ampliamente utilizado. El gas de síntesis también se puede agregar a la red de distribución de gas natural existente.

Por tanto, el método no solo puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero; también podría producir otra fuente de ingresos potencial para ayudar a sufragar sus costos.

El proceso puede funcionar con cualquier nivel de concentración de dióxido de carbono, Wu dice que lo han probado desde el 2 por ciento al 99 por ciento, pero cuanto mayor es la concentración, cuanto más eficiente es el proceso. Entonces, se adapta bien a la corriente de salida concentrada de las centrales eléctricas convencionales que queman combustibles fósiles o las diseñadas para la captura de carbono, como las plantas de oxicombustión.