Un equipo de ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago ha diseñado una hoja artificial que puede capturar dióxido de carbono 100 veces mejor que las tecnologías actuales.
Esta novedosa hoja artificial funciona en el mundo real, a diferencia de otros sistemas de captura de carbono que sólo podían funcionar con dióxido de carbono procedente de tanques presurizados.
Captura el dióxido de carbono de fuentes más diluidas, como el aire y los gases de combustión producidos por las centrales eléctricas de carbón, y lo libera para usarlo como combustible y otros materiales.
Nuestro sistema de hojas artificiales puede desplegarse fuera del laboratorio, donde tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la reducción de los gases de efecto invernadero en la atmósfera gracias a su alta tasa de captura de carbono, su coste relativamente bajo y su energía moderada, incluso cuando se compara con los mejores sistemas basados en el laboratorio.
Meenesh Singh, profesor de ingeniería química en la UIC
El diseño anterior propuesto en 2019 consistía en una unidad de fotosíntesis artificial estándar que estaba encerrada en una cápsula transparente hecha de una membrana semipermeable de resina de amonio cuaternario y llena de agua.
La membrana permitía que el agua del interior se evaporara cuando se calentaba con la luz solar, y el dióxido de carbono se introducía para sustituirla. La unidad fotosintética artificial del interior de la cápsula convertía el dióxido de carbono en monóxido de carbono, que puede capturarse y utilizarse para fabricar combustibles sintéticos.
Ahora, los ingenieros han modificado un sistema estándar de hojas artificiales con materiales de bajo coste para incluir un gradiente de agua -un lado seco y otro húmedo- a través de una membrana cargada eléctricamente. En el lado seco, un disolvente orgánico se adhiere al dióxido de carbono capturado y lo convierte en una concentración de bicarbonato, o bicarbonato de sodio, en la membrana.
A medida que el bicarbonato se acumula, estos iones con carga negativa son arrastrados a través de la membrana hacia un electrodo con carga positiva en una solución a base de agua en el lado húmedo de la membrana, donde se convierte de nuevo en dióxido de carbono para fabricar combustibles o en otras aplicaciones. La carga eléctrica se usa para acelerar la transferencia de bicarbonato a través de la membrana.
Cuando probaron el sistema, los investigadores comprobaron que tenía un flujo muy elevado, es decir, una tasa de captura de carbono comparada con la superficie necesaria para las reacciones. En su punto óptimo, podía capturar 3,3 milimoles por hora por cada 4 cm2, lo que es más de 100 veces mejor que otros sistemas. Y lo que es más importante, sólo se necesitaba una cantidad moderada de electricidad (0,4 KJ/hora) para alimentar la reacción, menos que la cantidad de energía necesaria para una bombilla LED de 1 vatio.
El equipo calculó el coste en 145 dólares por tonelada de dióxido de carbono, lo que coincide con las recomendaciones del Departamento de Energía de que el coste no debe superar los 200 dólares por tonelada.
Es especialmente emocionante que esta aplicación en el mundo real de una hoja artificial impulsada por electrodiálisis tuviera un flujo elevado con una superficie pequeña y modular.
Esto significa que tiene el potencial de ser apilable; los módulos pueden añadirse o restarse para ajustarse más perfectamente a la necesidad y utilizarse de forma asequible en hogares y aulas, no sólo en empresas.
Un pequeño módulo del tamaño de un humidificador doméstico puede eliminar más de 1 kilogramo de CO2 al día, y cuatro pilas de electrodiálisis industriales pueden capturar más de 300 kilogramos de CO2 por hora de los gases de combustión.
Meenesh Singh
Más información: rsc.org (texto en inglés).
Vía uic.edu
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