Imagen de sección transversal microscópica electrónica del nuevo material híbrido. Fue posible producir las plaquetas de vidrio con mucha precisión y, interrumpido por espaciadores, para colocarlos uno encima del otro. Crédito:Martin Rieß
Los químicos de la Universidad de Bayreuth han desarrollado un material que bien podría hacer una contribución importante a la protección del clima y la producción industrial sostenible. Con este material, el dióxido de carbono (CO₂), un gas de efecto invernadero, puede separarse específicamente de los gases residuales industriales, gas natural, o biogás, y por lo tanto disponible para su reciclaje. El proceso de separación es energéticamente eficiente y rentable. En el diario Informes celulares Ciencias físicas los investigadores presentan la estructura y función del material.
El Green Deal presentado por la Comisión Europea en 2019 pide que las emisiones netas de gases de efecto invernadero dentro de la UE se reduzcan a cero para 2050. Esto requiere procesos innovadores que puedan separar y retener CO 2 de los gases residuales y otras mezclas de gases para que no se libere a la atmósfera. El material desarrollado en Bayreuth tiene una ventaja fundamental sobre los procesos de separación anteriores:es capaz de eliminar completamente el CO 2 de mezclas de gases sin CO químicamente ligado 2 .
Estas mezclas de gases pueden ser gases residuales de plantas industriales, pero también gas natural o biogás. En todos estos casos, CO 2 se acumula en las cavidades del material únicamente debido a la interacción física. Desde allí, se puede liberar sin un gran gasto de energía, volver a estar disponible como recurso para la producción industrial. Por eso, el proceso de separación funciona, químicamente hablando, según el principio de adsorción física. Como un tanque de almacenamiento espacioso, el nuevo material se puede llenar y vaciar de dióxido de carbono de una manera energéticamente eficiente. En los laboratorios de Bayreuth, fue diseñado de tal manera que solo separa el CO 2 y ningún otro gas de las más variadas mezclas de gases.
"Nuestro equipo de investigación ha logrado diseñar un material que cumple dos tareas al mismo tiempo. Por un lado, las interacciones físicas con el CO 2 son lo suficientemente fuertes como para liberar y retener este gas de efecto invernadero de una mezcla de gases. Por otra parte, sin embargo, son lo suficientemente débiles como para permitir la liberación de CO 2 del material con solo una pequeña cantidad de energía, "dice Martin Rieß M.Sc., primer autor de la nueva publicación e investigador doctoral del grupo de investigación Química Inorgánica I de la Universidad de Bayreuth.
El nuevo material es un híbrido inorgánico-orgánico. La base química son los minerales arcillosos que constan de cientos de plaquitas de vidrio individuales. Estos tienen solo un nanómetro de espesor cada uno, y dispuestos precisamente uno encima del otro. Entre las placas de vidrio individuales hay moléculas orgánicas que actúan como espaciadores. Su forma y propiedades químicas se han seleccionado para que los espacios porosos creados se adapten de manera óptima para acumular CO. 2 . Solo las moléculas de dióxido de carbono pueden penetrar en el sistema de poros del material y ser retenidas allí. A diferencia de, metano, nitrógeno, y otros componentes de los gases de escape deben permanecer en el exterior debido al tamaño de sus moléculas. Los investigadores han utilizado el llamado efecto de tamiz molecular para aumentar la selectividad del material por CO 2 . Actualmente están trabajando en el desarrollo de un sistema de membranas a base de minerales arcillosos, diseñado para permitir el continuo, selectivo, y separación energéticamente eficiente de CO 2 de mezclas de gases.
El desarrollo de un material híbrido hecho a medida para la separación y suministro de CO 2 fue posible gracias a un sistema de medición especial instalado en los laboratorios de Bayreuth que permite la determinación precisa de las cantidades de gases adsorbidos y de la selectividad del material adsorbente. Esto ha permitido que los procesos industriales se reproduzcan de forma realista. "Todos los criterios relevantes para la evaluación del CO industrial 2 Los procesos de separación se han cumplido íntegramente con nuestro material híbrido. Puede producirse de forma rentable, y se propone hacer una importante contribución a la reducción de las emisiones industriales de dióxido de carbono, sino también al procesamiento de biogás y gas natural ácido, "dice Rieß.
