Cuando los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) exhalan dióxido de carbono (CO2), se extrae del aire y se bombea al espacio. ¿Podría una versión basada en la Tierra ayudar a eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero de nuestra atmósfera?

Para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C por encima de los niveles preindustriales y evitar algunos de los peores impactos del cambio climático, significa eliminar las 42.000 millones de toneladas de emisiones anuales de CO2 para 2050.

Una forma de hacerlo es reducir las emisiones. Otra es diseñar materiales que puedan eliminar el CO2 que ya está en la atmósfera o antes de ser expulsado. El problema es que nadie ha resuelto la mejor manera de hacer esto, todavía.

El sistema de filtro de aire en el espacio inspiró al profesor Stefano Brandani y al Dr. Giulio Santori de la Universidad de Edimburgo. REINO UNIDO, para desarrollar una forma de capturar y concentrar CO2 directamente de la atmósfera. Esta ambiciosa estrategia, para construir un llamado árbol artificial, permitiría capturar CO2 para almacenarlo en grandes depósitos subterráneos.

Zeolita

El CO2 que respiran los astronautas a bordo de la ISS se captura mediante el uso de un mineral similar a una esponja llamado zeolita. que tiene poros diminutos para bloquear una molécula de CO2. En la estación espacial las zeolitas vacían su CO2 cuando se exponen al vacío del espacio.

Como parte de un proyecto llamado ACCA, El Dr. Santori está pirateando el sistema para que funcione en la Tierra. Esto es más desafiante. "Hay mucho más CO2 para capturar y las concentraciones están más diluidas para empezar en la Tierra, por lo que consume mucha más energía, ", explicó." La concentración inicial de CO2 en la ISS es un orden de magnitud mayor ".

El nuevo sistema funciona con una serie de lechos de adsorción de zeolita. Cada uno absorbe CO2, lo concentra un poco y lo libera cuando se calienta. "Es como una esponja. Se regenera el material con calor. Cuando hace frío, absorbe mucho (de CO2), "dijo el Dr. Santori.

Este CO2 luego se mueve a un nuevo lecho de adsorción, que de nuevo empuja las moléculas de gas más cerca. Por lo tanto, el gas se comprime más en cada paso, sin necesidad de piezas móviles como bombas de vacío. Los cambios de temperatura son el motor de este proceso. Calentar y enfriar el material esponjoso hace que libere el gas, y tomar más.

Con cinco lechos de zeolitas, vaciado con calor, que podría ser calor residual de una instalación industrial, y enfriado a temperatura ambiente, El CO2 podría capturarse con una pureza superior al 95%, con poca energía consumida.

"Si pudieras capturar CO2 del aire, esto le permitirá comprimirlo y almacenarlo en una instalación geológica cercana, "dijo el Dr. Santori, quien cree que la captura y almacenamiento de carbono a gran escala es la estrategia ideal para reducir el CO2 en la atmósfera.

A largo plazo, Las zeolitas podrían usarse en estaciones que podrían capturar CO2 directamente del aire, pero esto está muy lejos, ya que comprimir CO2 es solo una parte del problema. Debido a que el CO2 está muy diluido en el aire ambiente, se necesitaría tecnología como ventiladores gigantes para aspirarla hacia las estaciones sin gastar demasiada energía o dinero, algo que todavía es un obstáculo demasiado alto para las tecnologías actuales. El profesor Brandani dijo:"La cuestión es cuánto cuesta y quién es el propietario del CO2".

Una opción a más corto plazo es centrarse en eliminar el CO2 de los gases residuales producidos por la industria antes de que se libere a la atmósfera.

CO2 arrojado de plantas de energía de combustibles fósiles, pero industrias como la del acero y el cemento también emiten mucho CO2. Las reacciones químicas necesarias para convertir la piedra caliza en cemento, por ejemplo, liberar el gas CO2 y la fabricación de cemento por sí sola libera el 7% de todas las emisiones globales de carbono.

Membranas

La idea es instalar membranas que atrapen CO2, que luego se puede concentrar y comprimir para su almacenamiento. "Las membranas son eficientes y pueden ahorrar energía en comparación con otros sistemas, "dijo el profesor Marco Giacinti Baschetti en la Universidad de Bolonia, Italia.

En las estrategias tradicionales utilizadas por industrias como las plantas de carbón, El CO2 se captura en líquidos especiales o estructuras sólidas similares a esponjas, pero luego deben calentarse para liberar el CO2. Esto no es necesario con membranas. Todas las tecnologías existentes, sin embargo, son costosos. Los materiales de membrana actuales no son lo suficientemente duraderos y no separan el CO2 lo suficientemente bien como para ser económicamente sensibles.

El profesor Baschetti dirige un proyecto llamado NANOMEMC ² que está desarrollando una serie de membranas diferentes para la captura de CO2. En noviembre, el equipo va a probar una nueva membrana en una instalación de cemento Colacem en Italia.

Desarrollado por científicos del proyecto en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, la membrana está hecha de fibras huecas, alrededor de un milímetro de espesor, y cubierto con una capa extremadamente fina de nanocelulosa y polímero mezclado con aminoácidos artificiales. La nanocelulosa, que está hecho de minúsculas fibras de madera, permite que el CO2 permee, mientras bloquea otros gases. El aminoácido se adhiere al CO2 y lo empuja a través de la membrana.

"Las plantas de cemento generan CO2 a partir de la combustión y de la fabricación de cemento, por lo que su gas de combustión tiene un alto contenido de CO2, ", dijo el profesor Baschetti." Alimentaremos este gas a través de nuestra membrana para separar el CO2, pero, por supuesto, cuando haces esto en la industria, habrá algo de polvo e impurezas. Queremos ver si nuestra membrana aún puede funcionar correctamente con este gas de combustión real ". La membrana también se probará en la Universidad de Sheffield, REINO UNIDO.

Este proyecto no ha colocado todas sus fichas de apuesta en una sola membrana. "Comenzamos en el laboratorio y examinamos más de 60 tipos de membranas, "dijo la Dra. Maria-Chiara Ferrari, un científico en el proyecto de la Universidad de Edimburgo, REINO UNIDO. Hay alrededor de cuatro candidatos de membrana que lideran el camino que se basan en el transporte facilitado; esto es cuando una molécula portadora ayuda a engancharse al CO2 y transportarlo a través de la membrana.

Si bien suena prometedor, la tecnología se encuentra todavía en una etapa muy temprana y pequeña. Las membranas fabricadas hasta ahora en el laboratorio caben en la palma de una mano, mientras que las membranas de prueba tendrán aproximadamente el tamaño de una página A4. "Una planta real completa necesitará cientos de miles de metros cuadrados y la unidad de separación completa ocupará alrededor de tres contenedores de envío en volumen, "Explicó el Dr. Ferrari.