Ingenieros químicos del MIT han desarrollado un método de captura de carbono a baja temperatura que podría abaratar y facilitar la captura de emisiones de las fábricas. El enfoque utiliza un aditivo químico común para aumentar la eficiencia y funcionar con calor residual o luz solar.
Un equipo de ingenieros químicos del MIT ha presentado una versión simple de la tecnología existente de captura de carbono que podría hacer que sea mucho más barato y fácil para las fábricas atrapar sus emisiones que calientan el clima.
Al añadir una sustancia química común de laboratorio a las soluciones de captura estándar, los investigadores descubrieron que podían absorber mucho más dióxido de carbono a temperatura ambiente y luego liberarlo utilizando solo calor suave. Este paso a baja temperatura es clave, ya que abre la puerta a la posibilidad de utilizar sistemas de captura de carbono con calor residual de plantas industriales o incluso energía solar, en lugar de quemar combustible adicional.
Hoy en día, la captura y el almacenamiento de carbono representan solo una pequeña fracción de la reducción de emisiones globales. Sin embargo, se considera ampliamente como una de las pocas herramientas disponibles para reducir drásticamente la contaminación de industrias difíciles de descarbonizar, como la del cemento, el acero, los fertilizantes y la petroquímica.
El nuevo enfoque del MIT apunta directamente a la mayor barrera: el costo.
Los sistemas convencionales suelen utilizar sustancias químicas llamadas aminas, que absorben el dióxido de carbono de los gases de escape. Una vez saturada la solución, debe calentarse a más de 120 grados Celsius (unos 248 grados Fahrenheit) para liberar una corriente pura de dióxido de carbono y regenerar el disolvente. Este paso a alta temperatura consume mucha energía y es muy costoso.
El equipo del MIT se centró en soluciones de carbonato, que son económicas, están ampliamente disponibles y además son capaces de capturar dióxido de carbono ácido. Su desafío radicaba en que, al disolverse el dióxido de carbono en estas soluciones, disminuye rápidamente el pH (o nivel de acidez) y limita drásticamente la capacidad de absorber más gas.
Para solucionar esto, los investigadores añadieron un compuesto conocido como tris (abreviatura de tris(hidroximetil)aminometano), que ya se utiliza en experimentos de laboratorio, en algunos cosméticos y en vacunas de ARNm contra la COVID-19. El tris actúa como un regulador de pH, ayudando a la solución a resistir los cambios de acidez.
En la mezcla de carbonatos, el tris con carga positiva equilibra los iones de bicarbonato con carga negativa que se forman al absorber dióxido de carbono. Esto estabiliza el pH y permite que la solución absorba aproximadamente tres veces más dióxido de carbono que el carbonato solo.
El mismo aditivo también hace que sea mucho más fácil recuperar el dióxido de carbono.
El tris es muy sensible a la temperatura. Cuando la solución cargada de carbono se calienta a tan solo unos 60 grados Celsius (140 grados Fahrenheit), el tris libera rápidamente protones, el pH desciende y el dióxido de carbono capturado burbujea como una corriente de gas concentrado.
“A temperatura ambiente, la solución puede absorber más CO2, y con un calentamiento suave puede liberar el CO2"Hay un cambio instantáneo de pH cuando calentamos un poco la solución", dijo en un comunicado de prensa la autora principal Youhong (Nancy) Guo, ex investigadora postdoctoral del MIT que ahora es profesora adjunta de ciencias físicas aplicadas en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
Esta temperatura de regeneración relativamente baja representa una mejora drástica con respecto a los sistemas convencionales basados en aminas. Esto significa que el proceso podría alimentarse con calor de baja intensidad que muchas instalaciones industriales actualmente desperdician, o con electricidad y energía solar térmica, en lugar de quemadores específicos de combustibles fósiles.
Para demostrar que el concepto puede funcionar en la práctica, el equipo construyó un reactor de flujo continuo que imita cómo funcionaría un sistema industrial real.
En su configuración, los gases de escape que contienen dióxido de carbono se burbujean primero a través de un depósito lleno de la solución de carbonato-tris, que absorbe el gas. A continuación, el líquido se bombea a un módulo de regeneración, donde se calienta a unos 60 grados Celsius. El calor provoca el cambio de pH y libera una corriente pura de dióxido de carbono. Posteriormente, la solución enfriada se recicla de nuevo al primer tanque para capturar más gas.
Dado que el proceso utiliza tipos de equipos estándar y simplemente intercambia una solución por otra, los investigadores dicen que debería ser relativamente fácil adaptarlo a plantas existentes.
"Es algo que podría implementarse casi de inmediato en tipos de equipos bastante estándar", agregó el autor principal T. Alan Hatton, profesor Ralph Landau de Práctica de Ingeniería Química en el MIT.
Hatton enfatizó que el diseño pretende ser una actualización práctica, no una revisión completa de cómo las fábricas manejan sus emisiones.
“Una de las ventajas de esto es su simplicidad, en términos de diseño general. Es un enfoque inmediato que permite cambiar fácilmente de una solución a otra”, dijo.
Una vez capturado, el dióxido de carbono puede gestionarse de diversas maneras. Una pequeña parte puede transformarse en productos útiles, como combustibles, materiales de construcción o productos químicos. Sin embargo, Hatton señaló que esta vía tiene límites.
“Solo se puede utilizar una pequeña fracción del CO2 capturado2 “Para producir productos químicos antes de saturar el mercado”, dijo.
Por ese motivo, se espera que la mayor parte del dióxido de carbono capturado de grandes fuentes industriales se comprima y se inyecte en las profundidades subterráneas de formaciones geológicas, donde puede almacenarse a largo plazo.
El trabajo del MIT no cambia esa realidad, pero podría hacer que el primer paso —separar el dióxido de carbono de los gases de escape— sea mucho más asequible y flexible. Reducir la demanda energética también reduce el riesgo de que los sistemas de captura de carbono anulen sus propios beneficios climáticos al consumir combustible adicional.
Más allá de este avance inicial, Guo ahora está explorando si otros aditivos podrían acelerar aún más la velocidad con la que la solución absorbe el dióxido de carbono, reduciendo potencialmente el tamaño del equipo necesario para una fábrica determinada.
La investigación, publicado En la revista Nature Chemical Engineering, se llevó a cabo en el marco de investigación MIT-Eni, que apoya el trabajo en tecnologías energéticas bajas en carbono.
Mientras los gobiernos y las industrias compiten por cumplir los objetivos climáticos, innovaciones como esta resaltan un tema clave: a veces, las grandes ganancias no provienen de maquinaria nueva y exótica, sino de una química inteligente que permite que los sistemas existentes funcionen de una manera más limpia y eficiente.
Fuente: MIT