La Universidad Northwestern ha desarrollado una tecnología de “oscilación de humedad” para la captura directa de carbono en el aire (DAC) que captura dióxido de carbono con baja humedad y lo libera con alta humedad, utilizando una combinación de iones. Esta investigación avanza en la comprensión de DAC y proporciona una forma más eficiente energéticamente de capturar carbono en comparación con las técnicas tradicionales.
Aprovechando la tecnología asistida por humedad, los científicos han descubierto varios iones nuevos que facilitan el secuestro de carbono de baja energía.
A medida que la comunidad global avanza gradualmente hacia la descarbonización de los procesos industriales, es esencial no sólo evitar la producción de nuevo carbono atmosférico sino también extraer el dióxido de carbono existente.
Mientras que la captura de carbono tradicional se centra en capturar dióxido de carbono directamente desde el punto de emisión en procesos intensivos en carbono, la “captura directa de aire” (DAC) se ocupa de extraer carbono de las condiciones atmosféricas generales. Este método está ganando cada vez más importancia en la lucha contra el cambio climático, especialmente a medida que disminuye nuestra dependencia de los combustibles fósiles, lo que reduce la necesidad de capturar carbono directamente de su fuente.
Una nueva investigación de la Universidad Northwestern muestra un nuevo enfoque para capturar carbono de las condiciones ambientales ambientales, que analiza la relación entre el agua y el dióxido de carbono en los sistemas para informar la tecnología de «oscilación de humedad», que captura dióxido de carbono a niveles bajos de humedad y lo libera a niveles altos. niveles de humedad. . Este enfoque implica metodologías cinéticas innovadoras y una variedad de iones, lo que permite la eliminación de carbono desde prácticamente cualquier lugar.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Ciencia y tecnología ambiental..
«No sólo estamos ampliando y mejorando la selección de iones para la captura de carbono, sino que también estamos ayudando a descubrir los fundamentos de las complejas interacciones líquido-superficie», dice Vinayak P. Dravid de la Universidad Northwestern, uno de los autores principales del estudio. «Este trabajo mejora nuestra comprensión colectiva del DAC, y nuestros datos y análisis brindan un fuerte impulso a la comunidad, tanto a los teóricos como a los experimentales, para mejorar aún más la captura de carbono en condiciones prácticas».
Dravid es profesor Abraham Harris de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern y director de iniciativas globales en el Instituto Internacional de Nanotecnología. Doctor. Los estudiantes, John Hegarty y Benjamin Shindel, fueron los primeros coautores del artículo.
Shindel dijo que la idea detrás del artículo surgió del deseo de utilizar las condiciones ambientales circundantes para facilitar la reacción.
«Nos gustó la captura de carbono por fluctuación de la humedad porque no tiene un costo energético específico», dijo Shindel. «Aunque se requiere cierta cantidad de energía para humidificar un volumen de aire, idealmente se puede obtener la humedad ‘gratis’ energéticamente, confiando en un ambiente que tenga reservas naturales de aire seco y húmedo muy juntas».
Los nuevos iones facilitaron la captura de carbono. Crédito: Laboratorio Dravid/Universidad Northwestern
El grupo también aumentó la cantidad de iones utilizados para hacer posible la reacción.
«No sólo hemos duplicado la cantidad de iones que exhiben la captura de carbono dependiente de la humedad requerida, sino que también hemos descubierto los sistemas de mayor rendimiento hasta la fecha», dijo John Hegarty.
En los últimos años, la captura de fluctuaciones de humedad ha despegado. Los métodos tradicionales de captura de carbono utilizan materiales absorbentes para atrapar el dióxido de carbono en las ubicaciones de origen y luego usan calor o vacíos generados para liberar el dióxido de carbono del absorbente. Viene con un alto costo de energía.
«La captura tradicional de carbono retiene firmemente el dióxido de carbono, lo que significa que liberarlo y reutilizarlo requiere una cantidad significativa de energía», dijo Hegarty.
Tampoco funciona en todas partes, afirmó Shindel. Por ejemplo, los fabricantes de agricultura, hormigón y acero son importantes contribuyentes a las emisiones, pero dejan grandes huellas que hacen imposible capturar carbono de una sola fuente.
Schindel añadió que los países más ricos deberían intentar reducir sus emisiones por debajo de cero, mientras que los países en desarrollo, que dependen más de la economía del carbono, reducen la producción de dióxido de carbono.
Otro autor principal, el profesor de química Omar Farha, tiene experiencia en la exploración del papel de las estructuras de estructura de óxido metálico (MOF) en diversas aplicaciones, incluida la captura y el secuestro de dióxido de carbono.
«DAC es un problema complejo y multifacético que requiere un enfoque multidisciplinario», dijo Farha. «Lo que aprecio de este trabajo son las mediciones detalladas y precisas de parámetros complejos. Cualquier mecanismo propuesto debe explicar estas complejas observaciones».
En el pasado, los investigadores se han centrado en los iones de carbonato y fosfato para facilitar la captura de las fluctuaciones de humedad y tienen hipótesis específicas sobre por qué estos iones específicos son efectivos. Pero el equipo de Dravid quería probar una gama más amplia de iones para ver cuáles eran los más eficaces. En general, descubrieron que los iones de valencia más alta, principalmente fosfato, eran los más efectivos, y comenzaron por el final de la lista de iones multivalentes, eliminando algunos, además de encontrar nuevos iones adecuados para esta aplicación, incluidos silicatos y boratos. .
El equipo cree que futuros experimentos, combinados con modelos informáticos, ayudarán a explicar mejor por qué algunos iones son más eficaces que otros.
Ya hay empresas que comercializan la captura directa de carbono en el aire y utilizan créditos de carbono para incentivar a las empresas a compensar sus emisiones. Muchos de ellos capturan carbono que ya habría sido capturado mediante actividades como prácticas agrícolas modificadas, mientras que este enfoque secuestra inequívocamente dióxido de carbono directamente de la atmósfera, donde luego puede concentrarse y almacenarse o, en última instancia, reutilizarse.
El equipo de Dravid planea integrar estos materiales de captura de dióxido de carbono con sus computadoras Plataforma anterior de espuma transpirable.que fue desarrollado para eliminar toxinas ambientales, incluidos petróleo, fosfatos y microplásticos.
Referencia: “Ampliación de la biblioteca de iones para la captura de carbono oscilante por humedad” por John Hegarty, Benjamin Shindel, Daria Sukhareva y Michael L. Barsoum y Omar K. Farha y Vinayak Dravid, 3 de octubre de 2023, Ciencia y tecnología ambiental..
doi: 10.1021/acs.est.3c02543
La investigación sobre la captura directa de dióxido de carbono en el aire fue apoyada por el Departamento de Energía (DOE-BES DE-SC0022332), utilizó las instalaciones de recursos SHyNE y fue apoyada por el programa NSF-NNCI (NSF ECCS-2025633).
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