Una nueva forma de eliminar el dióxido de carbono de una corriente de aire podría proporcionar una herramienta importante en la batalla contra el cambio climático. El nuevo sistema puede trabajar con el gas en prácticamente cualquier nivel de concentración, incluso hasta las aproximadamente 400 partes por millón que se encuentran actualmente en la atmósfera.

La mayoría de los métodos para eliminar el dióxido de carbono de una corriente de gas requieren concentraciones más altas, como los que se encuentran en las emisiones de humos de las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles. Se han desarrollado algunas variaciones que pueden funcionar con las bajas concentraciones que se encuentran en el aire, pero el nuevo método consume mucha menos energía y es más caro, dicen los investigadores.

La técnica, basado en pasar aire a través de una pila de placas electroquímicas cargadas, se describe en un nuevo artículo en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , por el postdoctorado del MIT Sahag Voskian, quien desarrolló el trabajo durante su doctorado, y T. Alan Hatton, el profesor Ralph Landau de Ingeniería Química.

El dispositivo es esencialmente un gran batería especializada que absorbe dióxido de carbono del aire (u otra corriente de gas) que pasa por sus electrodos mientras se carga, y luego libera el gas a medida que se descarga. En la operación, el dispositivo simplemente alternaría entre cargar y descargar, con aire fresco o gas de alimentación soplado a través del sistema durante el ciclo de carga, y luego el puro, dióxido de carbono concentrado que se expulsa durante la descarga.

A medida que se carga la batería, tiene lugar una reacción electroquímica en la superficie de cada uno de una pila de electrodos. Estos están recubiertos con un compuesto llamado poliantraquinona, que está compuesto con nanotubos de carbono. Los electrodos tienen una afinidad natural por el dióxido de carbono y reaccionan fácilmente con sus moléculas en la corriente de aire o el gas de alimentación. incluso cuando está presente en concentraciones muy bajas. La reacción inversa tiene lugar cuando la batería se descarga, durante la cual el dispositivo puede proporcionar parte de la energía necesaria para todo el sistema, y ​​en el proceso expulsa una corriente de dióxido de carbono puro. Todo el sistema funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica normal.

"La mayor ventaja de esta tecnología sobre la mayoría de las otras tecnologías de captura o absorción de carbono es la naturaleza binaria de la afinidad del adsorbente por el dióxido de carbono, "explica Voskian. En otras palabras, el material del electrodo, por su naturaleza, "tiene una afinidad alta o ninguna afinidad, "dependiendo del estado de carga o descarga de la batería. Otras reacciones utilizadas para la captura de carbono requieren pasos de procesamiento químico intermedios o la entrada de energía significativa, como calor, o diferencias de presión.

"Esta afinidad binaria permite la captura de dióxido de carbono de cualquier concentración, incluyendo 400 partes por millón, y permite su liberación en cualquier flujo portador, incluyendo el 100 por ciento de CO ₂ , "Dice Voskian. Es decir, como cualquier gas fluye a través de la pila de estas celdas electroquímicas planas, durante el paso de liberación, el dióxido de carbono capturado será transportado con él. Por ejemplo, si el producto final deseado es dióxido de carbono puro para su uso en la carbonatación de bebidas, entonces se puede soplar una corriente de gas puro a través de las placas. El gas capturado luego se libera de las placas y se une a la corriente.

En algunas plantas embotelladoras de refrescos, El combustible fósil se quema para generar el dióxido de carbono necesario para dar a las bebidas su efervescencia. Similar, algunos agricultores queman gas natural para producir dióxido de carbono para alimentar sus plantas en invernaderos. El nuevo sistema podría eliminar esa necesidad de combustibles fósiles en estas aplicaciones, y, en el proceso, eliminar los gases de efecto invernadero del aire, Dice Voskian. Alternativamente, la corriente de dióxido de carbono puro podría comprimirse e inyectarse bajo tierra para su eliminación a largo plazo, o incluso convertido en combustible a través de una serie de procesos químicos y electroquímicos.

El proceso que utiliza este sistema para capturar y liberar dióxido de carbono "es revolucionario", dice. "Todo esto ocurre en condiciones ambientales, no hay necesidad de térmicas, presión, o entrada química. Son solo estas hojas muy delgadas, con ambas superficies activas, que se pueden apilar en una caja y conectar a una fuente de electricidad ".

"En mis laboratorios, nos hemos esforzado por desarrollar nuevas tecnologías para abordar una serie de problemas ambientales que evitan la necesidad de fuentes de energía térmica, cambios en la presión del sistema, o adición de productos químicos para completar los ciclos de separación y liberación, ", Dice Hatton." Esta tecnología de captura de dióxido de carbono es una clara demostración del poder de los enfoques electroquímicos que requieren sólo pequeños cambios de voltaje para impulsar las separaciones ".

En una planta en funcionamiento, por ejemplo, en una planta de energía en la que se producen gases de escape de forma continua, se podrían instalar dos conjuntos de estas pilas de celdas electroquímicas una al lado de la otra para que funcionen en paralelo, con los gases de combustión dirigidos primero a un conjunto para la captura de carbono, luego se desvía al segundo juego mientras que el primer juego entra en su ciclo de descarga. Alternando de un lado a otro, el sistema siempre podría estar capturando y descargando el gas. En el laboratorio, el equipo ha demostrado que el sistema puede soportar al menos 7, 000 ciclos de carga-descarga, con una pérdida de eficiencia del 30 por ciento durante ese tiempo. Los investigadores estiman que pueden mejorarlo fácilmente a 20, 000 a 50, 000 ciclos.

Los propios electrodos pueden fabricarse mediante métodos de procesamiento químico estándar. Si bien hoy en día esto se hace en un entorno de laboratorio, se puede adaptar para que, en última instancia, puedan fabricarse en grandes cantidades mediante un proceso de fabricación rollo a rollo similar a una imprenta de periódicos, Dice Voskian. "Hemos desarrollado técnicas muy rentables, " él dice, estimando que podría producirse por algo así como decenas de dólares por metro cuadrado de electrodo.

En comparación con otras tecnologías de captura de carbono existentes, este sistema es bastante eficiente desde el punto de vista energético, utilizando aproximadamente un gigajulio de energía por tonelada de dióxido de carbono capturado, consecuentemente. Otros métodos existentes tienen un consumo de energía que varía entre uno y 10 gigajulios por tonelada, dependiendo de la concentración de dióxido de carbono de entrada, Dice Voskian.

Los investigadores han creado una empresa llamada Verdox para comercializar el proceso, y esperamos desarrollar una planta a escala piloto en los próximos años, él dice. Y el sistema es muy fácil de ampliar, él dice:"Si quieres más capacidad, solo necesitas hacer más electrodos ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.