Investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón han demostrado el potencial de un nanomaterial económico para eliminar el dióxido de carbono de las emisiones industriales.
Los hallazgos, publicados en Cell Reports Physical Science , son importantes porque los métodos mejorados de captura de carbono son clave para abordar el cambio climático, dijo Kyriakos Stylianou de OSU, quien dirigió el estudio.
El dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, resulta de la quema de combustibles fósiles y es una de las principales causas del calentamiento climático.
Están empezando a surgir instalaciones que filtran el carbono del aire en todo el mundo (la más grande del mundo se inauguró en 2021 en Islandia), pero no están preparadas para hacer una gran mella en el problema mundial de las emisiones, señala Stylianou. En un año, la planta de Islandia puede extraer una cantidad de dióxido de carbono equivalente a las emisiones anuales de unos 800 coches.
Sin embargo, las tecnologías para mitigar el dióxido de carbono en el punto de entrada a la atmósfera, como una fábrica, están comparativamente bien desarrolladas. Una de esas tecnologías implica nanomateriales conocidos como estructuras organometálicas, o MOF, que pueden interceptar moléculas de dióxido de carbono mediante adsorción a medida que los gases de combustión se abren camino a través de las chimeneas.
"La captura de dióxido de carbono es fundamental para cumplir los objetivos de emisiones netas cero", dijo Stylianou, profesor asistente de química. "Los MOF se han mostrado muy prometedores para la captura de carbono debido a su porosidad y su versatilidad estructural, pero sintetizarlos a menudo significa utilizar reactivos que son costosos tanto desde el punto de vista económico como medioambiental, como sales de metales pesados y disolventes tóxicos".
Además, lidiar con la porción de agua de los gases de las chimeneas complica enormemente la eliminación del dióxido de carbono, dijo. Muchos MOF que han demostrado potencial de captura de carbono perdieron su efectividad en condiciones de humedad. Los gases de combustión se pueden secar, dijo Stylianou, pero eso añade un gasto significativo al proceso de eliminación de dióxido de carbono, suficiente para hacerlo inviable para aplicaciones industriales.
"Así que buscamos idear un MOF para abordar las diversas limitaciones de los materiales utilizados actualmente en la captura de carbono:alto costo, poca selectividad para el dióxido de carbono, baja estabilidad en condiciones húmedas y bajo nivel de CO2. capacidades de absorción", dijo.
Los MOF son materiales cristalinos y porosos formados por iones metálicos cargados positivamente rodeados por moléculas orgánicas "enlazadoras" conocidas como ligandos. Los iones metálicos forman nodos que unen los brazos de los conectores para formar una estructura repetitiva que parece una jaula; la estructura tiene poros de tamaño nanométrico que adsorben gases, similar a una esponja.
Los MOF se pueden diseñar con una variedad de componentes, que determinan las propiedades del MOF, y hay millones de MOF posibles, dijo Stylianou. Casi 100.000 de ellos han sido sintetizados por investigadores de química y se han predicho las propiedades de otro medio millón.
"En este estudio introducimos un MOF compuesto de aluminio y un ligando fácilmente disponible, el ácido benceno-1,2,4,5-tetracarboxílico", dijo Stylianou. "La síntesis del MOF ocurre en agua y sólo toma un par de horas. Y el MOF tiene poros con un tamaño comparable al del CO2 moléculas, lo que significa que hay un espacio confinado para encarcelar el dióxido de carbono."
El MOF funciona bien en condiciones húmedas y también prefiere el dióxido de carbono al nitrógeno, lo cual es importante porque los óxidos de nitrógeno son un ingrediente de los gases de combustión. Sin esa selectividad, el MOF potencialmente se uniría a las moléculas equivocadas.
"Este MOF es un candidato destacado para aplicaciones de captura de carbono húmedo posterior a la combustión", dijo Stylianou. "Es rentable, tiene un rendimiento de separación excepcional y se puede regenerar y reutilizar al menos tres veces con capacidades de absorción comparables".
En esta investigación también participaron científicos de la Universidad de Columbia, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y Chemspeed Technologies AG de Suiza, al igual que los químicos del estado de Oregón Ryan Loughran, Tara Hurley y Andrzej Gładysiak.
Más información: Ryan P. Loughran et al, Captura de CO2 a partir de gases de combustión húmedos utilizando una estructura organometálica rentable y estable en agua, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101470
Información de la revista: Informes celulares de ciencias físicas
Proporcionado por la Universidad Estatal de Oregón
