Representación de una estructura organometálica (HKUST-1) incrustada en una matriz de polímero que se utilizará como membrana para separaciones eficientes de gases. Crédito:Kutay Sezginel / Laboratorio de materiales hipotéticos
Un método de modelado computacional desarrollado en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh puede ayudar a acelerar la identificación y el diseño de nuevos materiales de captura y almacenamiento de carbono para su uso en las centrales eléctricas de carbón del país. Las hipotéticas membranas de matriz mixta proporcionarían una solución más económica que los métodos actuales, con un costo previsto de menos de $ 50 por tonelada de dióxido de carbono (CO 2 ) eliminado.
El grupo de investigación, dirigido por Christopher Wilmer, profesor asistente de ingeniería química y del petróleo, en colaboración con el co-investigador Jan Steckel, científico investigador del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de EE. UU., y AECOM, con sede en Pittsburgh, publicaron sus hallazgos en la revista Royal Society of Chemistry Ciencias de la energía y el medio ambiente ("Predicción computacional de alto rendimiento del costo de captura de carbono utilizando membranas de matriz mixta").
"Las membranas de polímero se han utilizado durante décadas para filtrar y purificar materiales, pero tienen un uso limitado para la captura y almacenamiento de carbono, "señaló el Dr. Wilmer, quien dirige el Laboratorio de Materiales Hipotéticos en la Escuela Swanson. "Membranas de matriz mixta, que son membranas poliméricas con pequeñas, partículas inorgánicas dispersas en el material, son extremadamente prometedores debido a sus propiedades de separación y permeabilidad. Sin embargo, el número de polímeros y partículas inorgánicas potenciales es significativo, por lo que encontrar la mejor combinación para la captura de carbono puede resultar abrumador ".
Según el Dr. Wilmer, los investigadores se basaron en su extensa investigación en marcos metalorgánicos (MOF), que son materiales cristalinos altamente porosos creados a través del autoensamblaje de metal inorgánico con enlazadores orgánicos. Estos MOF, que puede almacenar un mayor volumen de gases que los tanques tradicionales, son muy versátiles y pueden fabricarse con una variedad de materiales y diseñarse a medida con propiedades específicas.
El Dr. Wilmer y su grupo exploraron bases de datos existentes de MOF hipotéticos y reales para su investigación, resultando en más de un millón de posibles membranas de matriz mixta. Luego compararon la permeación de gas prevista de cada material con los datos publicados, y los evaluó en base a un proceso de captura de tres etapas. Variables como caudal, fracción de captura, Las condiciones de presión y temperatura se optimizaron en función de las propiedades de la membrana con el objetivo de identificar membranas de matriz mixta específicas que produzcan un costo de captura de carbono asequible. Las posibles implicaciones para la investigación del grupo Wilmer son tremendas. Aunque las plantas de energía generadas por carbón solo en los EE. UU. Actualmente representan solo el 30 por ciento de la cartera de energía de la nación, en 2017 contribuyeron con la mayor parte de 1, 207 millones de toneladas métricas de CO 2 , o el 69 por ciento del CO total relacionado con la energía de EE. UU. 2 emisiones de todo el sector de energía eléctrica de EE. UU. (Fuente:Administración de Información Energética de EE. UU.)
"Nuestro modelado computacional de MOF hipotéticos y reales dio como resultado una nueva base de datos de más de un millón de membranas de matriz mixta con CO correspondiente 2 capturar el rendimiento y los costos asociados, "Dijo el Dr. Wilmer." Otros análisis tecnoeconómicos arrojaron 1, 153 membranas de matriz mixta con un costo de captura de carbono de menos de $ 50 por tonelada extraída. Por lo tanto, Existe el potencial para crear un medio eficiente y económicamente asequible de CO 2 captura en plantas de energía de carbón en todo el mundo y aborda de manera efectiva una fuente importante de dióxido de carbono generado por combustibles fósiles en la atmósfera ".
