Los investigadores han desarrollado una nueva tecnología de membrana que permite una eliminación más eficiente del dióxido de carbono (CO₂ ) de gases mixtos, como las emisiones de las centrales eléctricas.

"Para demostrar la capacidad de nuestras nuevas membranas, observamos mezclas de CO₂ y nitrógeno, porque el CO₂ Las mezclas de dióxido de nitrógeno y nitrógeno son particularmente relevantes en el contexto de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas", dice Rich Spontak, coautor correspondiente de un artículo sobre el trabajo. "Y hemos demostrado que podemos mejorar enormemente la selectividad de las membranas para eliminar CO₂ mientras retiene CO₂ relativamente alto permeabilidad."

"También analizamos las mezclas de CO₂ y metano, que es importante para la industria del gas natural", dice Spontak, profesor distinguido de ingeniería química y biomolecular y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Además, estos CO₂ -Las membranas filtrantes se pueden utilizar en cualquier situación en la que se necesite eliminar el CO₂ de gases mixtos, ya sea una aplicación biomédica o la depuración de CO₂ desde el aire en un submarino".

Las membranas son una tecnología atractiva para eliminar el CO₂ a partir de gases mixtos porque no ocupan mucho espacio físico, se pueden fabricar en una gran variedad de tamaños y se pueden reemplazar fácilmente. La otra tecnología que se usa a menudo para CO₂ la eliminación es la absorción química, que consiste en burbujear gases mixtos a través de una columna que contiene una amina líquida, que elimina el CO₂ del gas Sin embargo, las tecnologías de absorción tienen una huella significativamente mayor y las aminas líquidas tienden a ser tóxicas y corrosivas.

Estos filtros de membrana funcionan permitiendo que el CO₂ pasar a través de la membrana más rápidamente que los demás constituyentes del gas mixto. Como resultado, el gas que sale por el otro lado de la membrana tiene una mayor proporción de CO₂ que el gas que entra en la membrana. Al capturar el gas que sale de la membrana, captura más CO₂ que usted de los otros gases constituyentes.

Un desafío de larga data para tales membranas ha sido el compromiso entre permeabilidad y selectividad. Cuanto mayor sea la permeabilidad, más rápido podrá mover el gas a través de la membrana. Pero cuando la permeabilidad aumenta, la selectividad disminuye, lo que significa que el nitrógeno u otros componentes también pasan rápidamente a través de la membrana, lo que reduce la proporción de CO₂. a otros gases en la mezcla. En otras palabras, cuando la selectividad disminuye, se captura relativamente menos CO₂ .

El equipo de investigación, de EE. UU. y Noruega, abordó este problema cultivando cadenas poliméricas químicamente activas que son hidrofílicas y CO₂ -philic en la superficie de las membranas existentes. Esto aumenta el CO₂ selectividad y provoca una reducción relativamente pequeña de la permeabilidad.

"En resumen, con pocos cambios en la permeabilidad, hemos demostrado que podemos aumentar la selectividad hasta 150 veces", dice Marius Sandru, coautor del artículo y científico investigador sénior de SINTEF Industry, una empresa de investigación independiente. organización en Noruega. "Así que estamos capturando mucho más CO₂ , en relación con las otras especies en mezclas de gases".

Otro desafío al que se enfrenta la membrana CO₂ filtros ha sido costo. Cuanto más eficaces eran las tecnologías de membrana anteriores, más caras tendían a ser.

"Debido a que queríamos crear una tecnología que fuera comercialmente viable, nuestra tecnología comenzó con membranas que ya están en uso generalizado", dice Spontak. "Luego diseñamos la superficie de estas membranas para mejorar la selectividad. Y aunque esto aumenta el costo, creemos que las membranas modificadas seguirán siendo rentables".

"Nuestros próximos pasos son ver hasta qué punto las técnicas que desarrollamos aquí podrían aplicarse a otros polímeros para obtener resultados comparables, o incluso superiores, y mejorar el proceso de nanofabricación", dice Sandru. "Honestamente, a pesar de que los resultados aquí han sido nada menos que emocionantes, aún no hemos intentado optimizar este proceso de modificación. Nuestro artículo informa resultados de prueba de concepto".

Los investigadores también están interesados ​​en explorar otras aplicaciones, como si la nueva tecnología de membrana podría usarse en dispositivos de ventilación biomédicos o dispositivos de filtración en el sector de la acuicultura.

Los investigadores dicen que están abiertos a trabajar con socios de la industria para explorar cualquiera de estas preguntas u oportunidades para ayudar a mitigar el cambio climático global y mejorar el funcionamiento del dispositivo.

El artículo se publica en la revista Science . + Explora más

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