Investigadores desarrollan nueva tecnología para eliminar el 99% del dióxido de carbono del aire

Actualizado: 11/03/2023

Ingenieros de la Universidad de Delaware han desarrollado una forma de capturar eficazmente el 99% del dióxido de carbono del aire mediante un novedoso sistema electroquímico alimentado por hidrógeno.

Se trata de un gran avance para la captura de dióxido de carbono y podría acercar al mercado unas pilas de combustible más respetuosas con el medio ambiente.

Tecnología innovadora para la eficiencia de las pilas de combustible

Las pilas de combustible funcionan convirtiendo la energía química del combustible directamente en electricidad. Pueden usarse en el transporte para vehículos híbridos o cero emisiones.

Yushan Yan, titular de la cátedra Henry Belin du Pont de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD, lleva tiempo trabajando en la mejora de las pilas de combustible de membrana de intercambio de hidróxidos (HEM), una alternativa económica y ecológica a las pilas de combustible tradicionales basadas en ácidos que se utilizan en la actualidad.

Pero las pilas de combustible HEM tienen un defecto que las ha mantenido fuera de la carretera: son extremadamente sensibles al dióxido de carbono del aire. Esencialmente, el dióxido de carbono dificulta la respiración de una pila de combustible HEM.

Este defecto reduce rápidamente el rendimiento y la eficiencia de la pila de combustible hasta en un 20%, lo que hace que la pila de combustible no sea mejor que un motor de gasolina. El grupo de investigación de Yan lleva más de 15 años buscando una solución a este problema del dióxido de carbono.

Hace unos años, los investigadores se dieron cuenta de que esta desventaja podría tener una solución: la eliminación del dióxido de carbono.

Una vez que estudiamos el mecanismo, nos dimos cuenta de que las pilas de combustible capturaban casi todo el dióxido de carbono que entraba en ellas, y que eran realmente buenas para separarlo hacia el otro lado.

Brian Setzler, coautor del artículo.

Aunque esto no es bueno para la pila de combustible, el equipo sabía que si podían aprovechar este proceso de «autopurgado» incorporado en un dispositivo separado antes de la pila de combustible, podrían convertirlo en un separador de dióxido de carbono.

Resulta que nuestro enfoque es muy eficaz. Podemos capturar el 99% del dióxido de carbono del aire en una sola pasada si tenemos el diseño y la configuración adecuados.

Yushan Yan

¿Cómo lo hicieron?

Encontraron una forma de integrar la fuente de energía de la tecnología electroquímica dentro de la membrana de separación. El método consistía en cortocircuitar internamente el dispositivo.

Es arriesgado, pero conseguimos controlar esta pila de combustible cortocircuitada por hidrógeno. Y al usar esta membrana interna en cortocircuito eléctrico, pudimos deshacernos de los componentes voluminosos, como las placas bipolares, los colectores de corriente o cualquier cable eléctrico que suele haber en una pila de combustible.

Lin Shi, candidato a doctor en el grupo de Yan y autor principal del artículo.

Ahora, el equipo de investigación disponía de un dispositivo electroquímico con el aspecto de una membrana de filtración normal hecha para separar gases, pero con la capacidad de recoger continuamente cantidades minúsculas de dióxido de carbono del aire como un sistema electroquímico más complicado.

En efecto, al incrustar los cables del dispositivo dentro de la membrana se creó un atajo que facilitó el desplazamiento de las partículas de dióxido de carbono de un lado a otro. También permitió al equipo construir un módulo compacto en espiral con una gran superficie en un volumen reducido.

En otras palabras, ahora tienen un paquete más pequeño capaz de filtrar mayores cantidades de aire a la vez, lo que lo hace eficaz y rentable para las aplicaciones de las pilas de combustible.

Al mismo tiempo, un menor número de componentes supone un menor coste y, lo que es más importante, proporciona una forma de ampliarlo fácilmente para el mercado.

Los resultados del equipo de investigación demostraron que una célula electroquímica de 5 por 7 cm podía eliminar de forma continua cerca del 99% del dióxido de carbono que se encuentra en el aire que fluye a una velocidad de aproximadamente dos litros por minuto. Un primer prototipo de dispositivo en espiral del tamaño de una lata de refresco es capaz de filtrar 10 litros de aire por minuto y eliminar el 98% del dióxido de carbono, según los investigadores.

El dispositivo podría utilizarse también para eliminar el dióxido de carbono en otros lugares. Por ejemplo, la tecnología patentada por la UD podría permitir dispositivos de eliminación de dióxido de carbono más ligeros y eficaces en naves espaciales o submarinos, donde la filtración continua es fundamental.

Según Shi, como el sistema electroquímico funciona con hidrógeno, a medida que se desarrolle la economía del hidrógeno, este dispositivo electroquímico podría utilizarse también en aviones y edificios en los que se desee la recirculación del aire como medida de ahorro energético.

Vía www.udel.edu

Más información: A shorted membrane electrochemical cell powered by hydrogen to remove CO₂ from the air feed of hydroxide exchange membrane fuel cells (https://www.nature.com/articles/s41560-021-00969-5)