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Captura de carbono con nanotubos
Las membranas fabricadas con nanotubos de carbono podrían reducir la cantidad de energía necesaria para capturar las emisiones de dióxido de carbono de las chimeneas y, por lo tanto, reducir los costos, según una empresa que recibirá $ 1 millón de la nueva agencia de proyectos de investigación avanzada para energía, Arpa-e. para desarrollar la tecnología.
La empresa, con sede en Hayward, CA Porifera , afirma que sus membranas de nanotubos de carbono podrían capturar de mil millones a tres mil millones de toneladas de dióxido de carbono al año y ahorrar $ 10 mil millones al año en comparación con la tecnología de captura de CO2 existente. Sin embargo, en este punto, el trabajo se encuentra en una etapa inicial, dice Olgica Bakajin, directora de tecnología de Porifera. Ella espera que pasará un año más antes de que el primer prototipo esté listo.
La compañía espera aprovechar algunas propiedades peculiares de los nanotubos para capturar dióxido de carbono. Las membranas para capturar CO2 de las chimeneas deben tener dos características. Deben ser selectivos, permitiendo que pase el dióxido de carbono y no los otros gases de escape. Esto produce una corriente concentrada de dióxido de carbono que luego puede comprimirse y almacenarse. Las membranas también deben ser muy permeables, lo que permite que el CO2 pase libremente para minimizar la energía necesaria para bombearlo.
Las membranas de nanotubos de carbono son particularmente buenas para esta segunda propiedad. Los gases pueden moverse a través del interior de los nanotubos extremadamente rápido, a velocidades 100 veces más rápidas que a través de los materiales de membrana convencionales, según los experimentos que Bakajin dirigió en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Esos resultados se publicaron en la revista Science en 2006. Como resultado, las membranas basadas en nanotubos requerirían mucha menos energía que las membranas convencionales.
El desafío con las membranas de nanotubos de carbono es transportar selectivamente dióxido de carbono y no los otros gases en una chimenea. Esto es particularmente difícil porque el componente principal de los gases de combustión, el nitrógeno, tiene muchas propiedades que son muy similares al CO2, dice Karl Johnson , profesor de ingeniería química y del petróleo en la Universidad de Pittsburgh. Un método para seleccionar el dióxido de carbono es unir compuestos a los extremos de los nanotubos de carbono que atraen químicamente al dióxido de carbono pero no a otros gases. Atraer el CO2 crearía altas concentraciones cerca de la membrana, aumentando la cantidad de dióxido de carbono que se transporta en relación con el nitrógeno y otros gases de combustión. Unir estos compuestos es particularmente fácil porque los extremos de los nanotubos tienen ubicaciones abiertas para unirse con tales moléculas, dice Bakajin.
Bakajin dice que esto se ha intentado con materiales de membrana más convencionales, pero agregar compuestos para atraer dióxido de carbono disminuye la permeabilidad de estas membranas hasta el punto de que ya no son prácticas. La extraordinariamente alta permeabilidad de los nanotubos de carbono podría ayudar con este problema. Tenemos mucha permeabilidad que perder, dice. Si la permeabilidad disminuye tanto como con otros materiales de membrana, todavía estamos bien.
Ella dice que la compañía ha identificado varios candidatos prometedores para modificar los nanotubos, pero dice que los detalles son de propiedad exclusiva. Además de seleccionar uno de estos, dice, la compañía también está estudiando la mejor manera de fabricar las membranas de nanotubos de carbono, lo que incluye decidir qué material usar para unir los nanotubos y servir como material de soporte. Algunos tienen ventajas en la fabricación, algunos son mejores estructuralmente, algunos son más resistentes a entornos hostiles, dice ella. Cuanto más lo hacemos, más pensamos en cosas nuevas para probar.
Bruce Hinds , profesor de química en la Universidad de Kentucky que también ha demostrado la alta permeabilidad de las membranas de nanotubos, no está convencido de que la captura de carbono sea el mejor uso para estas membranas, en parte debido al desafío de hacer que las membranas de nanotubos de carbono sean selectivas para el carbono. dióxido. Está comenzando con aplicaciones farmacéuticas, como el uso de membranas para administrar medicamentos o para separar productos químicos durante la fabricación de medicamentos. Estos no requieren una fabricación a gran escala, lo cual es bueno, ya que aún no se ha demostrado la fabricación a gran escala de las membranas. Las aplicaciones de medicamentos también tienen precios más altos, lo que permite materiales más costosos.
Porifera también está buscando otras aplicaciones potenciales. Recientemente Anunciado financiación de DARPA, la oficina de investigación y desarrollo del Departamento de Defensa de EE. UU., para producir sistemas portátiles de desalinización para soldados. Los nanotubos de carbono pueden transportar fluidos 1.000 veces más rápido que las membranas convencionales. Además de ahorrar energía, un transporte tan rápido permite utilizar membranas mucho más pequeñas, más adecuadas para dispositivos portátiles.