La captura directa de aire fue identificada como una de las “siete separaciones qu\u00edmicas que cambiar\u00e1n el mundo”. Esto se debe a que, aunque el di\u00f3xido de carbono es el principal contribuyente al cambio clim\u00e1tico (liberamos ~40 mil millones de toneladas a la atm\u00f3sfera cada a\u00f1o), separar el di\u00f3xido de carbono del aire es un gran desaf\u00edo debido a su concentraci\u00f3n diluida (~0,04%).<\/p>\n\n\n\n
El profesor Ian Metcalfe, catedr\u00e1tico de Tecnolog\u00edas Emergentes de la Real Academia de Ingenier\u00eda de la Facultad de Ingenier\u00eda de la Universidad de Newcastle (Reino Unido), e investigador principal, afirma: “Los procesos de separaci\u00f3n diluida son las separaciones m\u00e1s dif\u00edciles de realizar por dos razones clave. En primer lugar, debido a la baja concentraci\u00f3n, la cin\u00e9tica (velocidad) de las reacciones qu\u00edmicas dirigidas a la eliminaci\u00f3n del componente diluido es muy lenta. En segundo lugar, concentrar el componente diluido requiere mucha energ\u00eda”.<\/p>\n\n\n\n
Estos son los dos desaf\u00edos que los investigadores de Newcastle (con colegas de la Universidad Victoria de Wellington, Nueva Zelanda, el Imperial College de Londres, Reino Unido, la Universidad de Oxford, Reino Unido, la Universidad de Strathclyde, Reino Unido y el UCL, Reino Unido) se propusieron abordar con su nueva membrana. Al utilizar las diferencias de humedad naturales como fuerza impulsora para bombear di\u00f3xido de carbono del aire, el equipo super\u00f3 el desaf\u00edo energ\u00e9tico. La presencia de agua tambi\u00e9n aceler\u00f3 el transporte de di\u00f3xido de carbono a trav\u00e9s de la membrana, afrontando el desaf\u00edo cin\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n
El trabajo se publica en Nature Energy y el Dr. Greg A. Mutch, miembro de la Real Academia de Ingenier\u00eda de la Escuela de Ingenier\u00eda de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, explica: “La captura directa de aire ser\u00e1 un componente clave del sistema energ\u00e9tico del futuro. Se necesitar\u00e1n medidas para capturar las emisiones de fuentes m\u00f3viles y distribuidas de di\u00f3xido de carbono que no pueden descarbonizarse f\u00e1cilmente de otras maneras.<\/p>\n\n\n\n
“En nuestro trabajo, demostramos la primera membrana sint\u00e9tica capaz de capturar di\u00f3xido de carbono del aire y aumentar su concentraci\u00f3n sin un aporte de energ\u00eda tradicional como calor o presi\u00f3n. Creo que una analog\u00eda \u00fatil podr\u00eda ser una rueda hidr\u00e1ulica en un molino harinero. Mientras que un molino utiliza el transporte de agua cuesta abajo para impulsar la molienda, nosotros lo usamos para bombear di\u00f3xido de carbono del aire”.<\/p>\n\n\n\n
Procesos de separaci\u00f3n Sin embargo, en un mundo que avanza hacia una econom\u00eda circular, los procesos de separaci\u00f3n ser\u00e1n a\u00fan m\u00e1s cr\u00edticos. En este caso, la captura directa de aire podr\u00eda utilizarse para proporcionar di\u00f3xido de carbono como materia prima para fabricar muchos de los productos de hidrocarburos que utilizamos hoy en d\u00eda, pero en un ciclo neutro en carbono o incluso negativo en carbono.<\/p>\n\n\n\n Lo m\u00e1s importante es que, adem\u00e1s de la transici\u00f3n a la energ\u00eda renovable y la captura tradicional de carbono de fuentes puntuales como las centrales el\u00e9ctricas, la captura directa de aire es necesaria para alcanzar los objetivos clim\u00e1ticos, como el objetivo de 1,5\u00b0C establecido por el Acuerdo de Par\u00eds.<\/p>\n\n\n\n La membrana impulsada por la humedad Utilizando tomograf\u00eda microcomputarizada de rayos X con colaboradores del UCL y la Universidad de Oxford, el equipo pudo caracterizar con precisi\u00f3n la estructura de la membrana. Esto les permiti\u00f3 ofrecer comparaciones s\u00f3lidas de rendimiento con otras membranas de \u00faltima generaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Un aspecto clave del trabajo fue modelar los procesos que ocurren en la membrana a escala molecular. Utilizando c\u00e1lculos de la teor\u00eda de la densidad funcional con un colaborador afiliado tanto a la Universidad Victoria de Wellington como al Imperial College de Londres, el equipo identific\u00f3 “portadores” dentro de la membrana.<\/p>\n\n\n\n El transportista transporta \u00fanicamente di\u00f3xido de carbono y agua, pero nada m\u00e1s. Se requiere agua para liberar di\u00f3xido de carbono de la membrana y se requiere di\u00f3xido de carbono para liberar agua. Debido a esto, la energ\u00eda de una diferencia de humedad se puede utilizar para impulsar el di\u00f3xido de carbono a trav\u00e9s de la membrana desde una concentraci\u00f3n baja a una concentraci\u00f3n m\u00e1s alta.<\/p>\n\n\n\n El profesor Metcalfe a\u00f1ade: “Este fue un verdadero esfuerzo de equipo durante varios a\u00f1os. Estamos muy agradecidos por las contribuciones de nuestros colaboradores y por el apoyo de la Real Academia de Ingenier\u00eda y el Consejo de Investigaci\u00f3n en Ingenier\u00eda y Ciencias F\u00edsicas”.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Los procesos de separaci\u00f3n sustentan la mayor\u00eda de los aspectos de la vida moderna. Desde los alimentos que comemos hasta los medicamentos que tomamos y los combustibles o bater\u00edas de nuestro autom\u00f3vil, la mayor\u00eda de los productos que utilizamos han pasado por varios procesos de separaci\u00f3n. Adem\u00e1s, los procesos de separaci\u00f3n son importantes para minimizar los residuos y la necesidad de remediaci\u00f3n ambiental, como la captura directa de di\u00f3xido de carbono en el aire.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>El Dr. Evangelos Papaioannou, profesor titular de la Facultad de Ingenier\u00eda de la Universidad de Newcastle (Reino Unido), explica: “A diferencia del funcionamiento t\u00edpico de las membranas, y como se describe en el art\u00edculo de investigaci\u00f3n, el equipo prob\u00f3 una nueva membrana permeable al di\u00f3xido de carbono con una variedad de diferencias de humedad aplicadas a trav\u00e9s de ella. Cuando la humedad era mayor en el lado de salida de la membrana, la membrana bombeaba espont\u00e1neamente di\u00f3xido de carbono hacia esa corriente de salida”.<\/p>\n\n\n\n