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Una mejor forma de capturar carbono
Los investigadores han desarrollado materiales porosos que pueden absorber 80 veces su volumen de dióxido de carbono, lo que ofrece la tentadora posibilidad de que el gas de efecto invernadero pueda eliminarse de forma económica de las chimeneas de las centrales eléctricas. Una vez que el dióxido de carbono ha sido absorbido por los nuevos materiales, podría liberarse mediante cambios de presión, comprimirse y, finalmente, bombearse bajo tierra para su almacenamiento a largo plazo.
Cristales capturadores de carbono: Se trata de una micrografía óptica de un nuevo material que puede extraer dióxido de carbono de una corriente de gases, lo que permite secuestrar el gas de efecto invernadero.
Dicha captura y secuestro de dióxido de carbono podría ser esencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente en países como los Estados Unidos, que dependen en gran medida del carbón para obtener electricidad. La primera etapa, la captura de carbono, es particularmente importante, ya que puede representar el 75 por ciento de los costos totales. según el Departamento de Energía .
Los nuevos materiales, descritos esta semana en Ciencias , fueron creados por investigadores de UCLA dirigidos por Omar Yaghi , un químico conocido por producir materiales con intrincadas estructuras microscópicas. Absorben grandes cantidades de dióxido de carbono pero no absorben otros gases.
Ya existen técnicas para capturar el dióxido de carbono de las chimeneas, pero utilizan grandes cantidades de energía: del 15 al 20 por ciento de la producción total de electricidad de una planta de energía, según una estimación, dice Yaghi. Eso se debe a que los materiales existentes, conocidos como aminas, deben calentarse para liberar el dióxido de carbono que han absorbido. De hecho, capturar y comprimir dióxido de carbono a través de estos métodos existentes puede agregar del 80 al 90 por ciento al costo de producción de electricidad a partir del carbón, dice Thomas Feeley, gerente de proyecto en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética .
Feeley dice que los materiales de Yaghi se comparan favorablemente con otros materiales experimentales que absorben dióxido de carbono que se están desarrollando para ayudar a reducir estos costos. Yaghi dice que sus materiales podrían reducir los costos considerablemente ya que usan menos energía, aunque exactamente cuánto requerirá probar los materiales en las plantas de energía.
Además de ser potencialmente útiles en chimeneas, los materiales podrían emplearse en plantas de gasificación de carbón. En estas plantas, el carbón se procesa primero para producir una mezcla de dióxido de carbono e hidrógeno gaseoso. Luego, el hidrógeno se usa para generar electricidad. El dióxido de carbono podría capturarse utilizando un solvente que aumenta el consumo de energía. Pero al igual que en el proceso basado en chimeneas, los nuevos materiales de UCLA podrían requerir menos energía.
Los materiales pertenecen a una clase denominada estructuras de imidazolato zeolítico (ZIF). Están hechos de átomos de metal unidos por una de varias moléculas orgánicas en forma de anillo llamadas imidazolatos. Antes de la investigación de Yaghi, se habían desarrollado 24 tipos de ZIF en el transcurso de 12 años. Yaghi hizo 25 nuevas versiones en solo tres meses. Estos materiales pueden ser extremadamente versátiles, ya que los átomos de metal pueden actuar como potentes catalizadores y las moléculas orgánicas pueden servir como anclajes para varias moléculas funcionales.
Proliferación de ZIF: las nuevas técnicas automatizadas permiten a los investigadores sintetizar rápidamente docenas de nuevos materiales llamados marcos de imidazolato zeolítico (ZIF). Crédito: Omar Yaghi
Los nuevos materiales absorben dióxido de carbono en parte porque son extremadamente porosos, lo que les da una gran superficie que puede entrar en contacto con moléculas de dióxido de carbono. El más poroso de los materiales que Yaghi informa en Ciencias contienen casi 2.000 metros cuadrados de superficie empaquetados en un gramo de material. Un litro de uno de los materiales de Yaghi puede almacenar todas las moléculas de dióxido de carbono que, a cero ° C y a presión ambiental, ocuparían un volumen de 82,6 litros.
Si bien los mecanismos exactos no se comprenden completamente, Yaghi piensa que la carga ligeramente negativa de las moléculas orgánicas en su material atrae moléculas de dióxido de carbono, que tienen una carga ligeramente positiva. Como resultado, el dióxido de carbono se mantiene en su lugar, mientras que otros gases se mueven a través del material. Este método de atrapar dióxido de carbono es mejor que algunos otros métodos porque no implica enlaces covalentes fuertes, por lo que no se necesita mucha energía para liberar el gas.
El siguiente paso de los materiales es la comercialización. Esto significa aumentar la producción e incorporar los materiales en un sistema en una planta de energía, como empacando los materiales en recipientes que se pueden llenar con gases de escape presurizados, algo que el grupo de UCLA dice que podría ser posible en dos o tres años. Yaghi estima que los materiales podrían fabricarse fácilmente en grandes cantidades, ya que son similares a otros materiales que ha desarrollado que ahora se pueden fabricar por toneladas por BASF , la gigantesca empresa química. Ahora está en manos de la industria, dice Yaghi. Y ha desarrollado técnicas automatizadas que podrían conducir a más materiales que podrían tener propiedades aún mejores.