Captura de carbono basada en la cristalización de grupos de bicarbonato y agua

Se ha ideado un nuevo método de captura de carbono para controlar el calentamiento global, que consiste en capturar el dióxido de carbono procedente de las emisiones de combustibles fósiles.

Las emisiones de gases de efecto invernadero son el principal factor que contribuye al cambio climático. Estas emisiones son consecuencia de la industrialización a gran escala y la actividad humana. La mayor parte de estas emisiones corresponden al dióxido de carbono (CO2) proveniente de la quema de combustibles fósiles. La concentración total de CO2 en la atmósfera ha aumentado en más del 40 % desde el inicio de la industrialización. Este incremento constante de las emisiones de gases de efecto invernadero está calentando el planeta , fenómeno conocido como calentamiento global . Las simulaciones informáticas han demostrado que las emisiones son responsables del aumento de la temperatura superficial promedio de la Tierra a lo largo del tiempo, lo que indica un cambio climático debido a variaciones en los patrones de lluvia, la intensidad de las tormentas, el nivel del mar, etc. Por lo tanto, desarrollar métodos adecuados para capturar el dióxido de carbono de las emisiones es fundamental para abordar el cambio climático. La tecnología de captura de carbono existe desde hace décadas, pero recientemente ha cobrado mayor relevancia debido a las preocupaciones ambientales.

Una nueva metodología de captura de carbono

El procedimiento estándar de captura de carbono consiste en atrapar y separar el CO2 de una mezcla gaseosa, transportarlo a un depósito y almacenarlo de forma remota, lejos de la atmósfera, generalmente bajo tierra. Este proceso consume mucha energía e implica diversos problemas técnicos, riesgos y limitaciones, como la alta probabilidad de fugas en el lugar de almacenamiento. Un nuevo estudio publicado en Chem describe una alternativa prometedora para la captura de carbono. Científicos del Departamento de Energía de EE. UU. han desarrollado un método único para eliminar el CO2 de las centrales eléctricas de carbón, y este proceso requiere un 24 % menos de energía en comparación con los métodos de referencia que se utilizan actualmente en la industria.

Los investigadores trabajaron con compuestos orgánicos naturales llamados bis-iminoguanidinas (BIG), que tienen la capacidad de unirse a aniones con carga negativa, como se observó en estudios previos. Pensaron que esta propiedad particular de las BIG también debería aplicarse a los aniones bicarbonato. Así, las BIG pueden actuar como un adsorbente (una sustancia que recoge otras moléculas) y convertir el CO2 en carbonato de calcio sólido. La cal sodada es una mezcla de hidróxidos de calcio y sodio que utilizan los buceadores, los submarinos y otros entornos de respiración cerrados para filtrar el aire exhalado y evitar la acumulación peligrosa de CO2. El aire puede reciclarse varias veces. Por ejemplo, los rebreathers para buceadores les permiten permanecer bajo el agua durante largos periodos, algo que de otro modo sería imposible.

Un método único que demanda menos energía

Basándose en este conocimiento, desarrollaron un ciclo de separación de CO2 que utilizaba una solución acuosa de BIG. En este método de captura de carbono, hicieron pasar los gases de combustión a través de la solución, lo que provocó que las moléculas de CO2 se unieran al adsorbente BIG. Esta unión las cristalizó en un sólido de tipo caliza orgánica . Al calentar estos sólidos a 120 grados Celsius, se liberó el CO2 adsorbido, que posteriormente pudo almacenarse. Dado que este proceso se lleva a cabo a temperaturas relativamente más bajas que los métodos de captura de carbono existentes, se reduce la energía necesaria. Además, el adsorbente sólido puede disolverse de nuevo en agua y reciclarse para su reutilización.

Las tecnologías actuales de captura de carbono tienen muchos problemas persistentes, como problemas de almacenamiento, alto costo de energía, etc. El problema principal es el uso de absorbentes líquidos que se evaporan o se descomponen con el tiempo y también requieren al menos el 60 por ciento de la energía total para calentarlos, lo cual es muy elevado. El sorbente sólido en el estudio actual superó la limitación de energía porque el CO2 se captura de una sal de bicarbonato sólido cristalizado que requiere alrededor de un 24 por ciento menos de energía. Tampoco hubo pérdida de sorbente incluso después de 10 ciclos consecutivos. Esta menor necesidad de energía puede reducir los costos de captura de carbono y, cuando consideramos miles de millones de toneladas de CO2, este método puede tener un gran impacto al anular las emisiones de efecto invernadero mediante una captura adecuada.

Una limitación de este estudio es la capacidad y tasa de absorción de CO2 relativamente bajas, debido a la baja solubilidad del adsorbente BIG en agua . Los investigadores están considerando combinar disolventes tradicionales, como aminoácidos, con estos adsorbentes BIG para abordar esta limitación. El experimento actual se realizó a pequeña escala, logrando eliminar el 99 % del CO2 de los gases de escape. El proceso debe optimizarse aún más para poder escalarlo y capturar al menos una tonelada de CO2 al día, proveniente de diferentes tipos de emisiones. El método debe ser robusto para manejar contaminantes en las emisiones. El objetivo final de una tecnología de captura de carbono sería capturar directamente el CO2 de la atmósfera mediante un método asequible y energéticamente eficiente.

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Fuentes)

Williams N y col. 2019. Captura de CO2 a través de dímeros de bicarbonato con enlaces de hidrógeno cristalinos. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025

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