Nuevos filtros para capturar más CO2 de centrales eléctricas

 

Una nueva tecnología de membrana permite una eliminación más eficiente del dióxido de carbono (CO2) de los gases mixtos, como las emisiones de las centrales eléctricas.

«Para demostrar la capacidad de nuestras nuevas membranas, observamos mezclas de CO2 y nitrógeno, porque las mezclas de CO2/dióxido de nitrógeno son particularmente relevantes en el contexto de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas», dice en un comunicado Rich Spontak, coautor de la investigación, publicado en Science. «Y hemos demostrado que podemos mejorar enormemente la selectividad de las membranas para eliminar el CO2 mientras retenemos una permeabilidad al CO2 relativamente alta».

«También observamos mezclas de CO2 y metano, que es importante para la industria del gas natural», dice Spontak, profesor de ingeniería química y biomolecular y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. «Además, estas membranas de filtración de CO2 se pueden usar en cualquier situación en la que se necesite eliminar CO2 de gases mixtos, ya sea en una aplicación biomédica o en la depuración de CO2 del aire en un submarino».

Las membranas son una tecnología atractiva para eliminar el CO2 de los gases mixtos porque no ocupan mucho espacio físico, se pueden fabricar en una amplia variedad de tamaños y se pueden reemplazar fácilmente. La otra tecnología que se utiliza a menudo para la eliminación de CO2 es la absorción química, que consiste en burbujear gases mixtos a través de una columna que contiene una amina líquida, que elimina el CO2 del gas. Sin embargo, las tecnologías de absorción tienen una huella significativamente mayor y las aminas líquidas tienden a ser tóxicas y corrosivas.

 Estos filtros de membrana funcionan permitiendo que el CO2 pase a través de la membrana más rápidamente que los demás componentes del gas mixto. Como resultado, el gas que sale por el otro lado de la membrana tiene una mayor proporción de CO2 que el gas que entra en la membrana. Al capturar el gas que sale de la membrana, captura más CO2 que los otros gases constituyentes.

Un viejo desafío para tales membranas ha sido el compromiso entre permeabilidad y selectividad. Cuanto mayor sea la permeabilidad, más rápido podrá mover el gas a través de la membrana. Pero cuando la permeabilidad aumenta, la selectividad disminuye, lo que significa que el nitrógeno u otros componentes también pasan rápidamente a través de la membrana, lo que reduce la proporción de CO2 a otros gases en la mezcla. En otras palabras, cuando la selectividad disminuye, se captura relativamente menos CO2.

El equipo de investigación, de EE.UU. y Noruega, abordó este problema cultivando cadenas poliméricas químicamente activas que son tanto hidrófilas como CO2-fílicas en la superficie de las membranas existentes. Esto aumenta la selectividad del CO2 y provoca una reducción relativamente pequeña de la permeabilidad.

«En resumen, con pocos cambios en la permeabilidad, hemos demostrado que podemos aumentar la selectividad hasta unas 150 veces», dice Marius Sandru, coautor del artículo y científico investigador sénior de SINTEF Industry, una empresa de investigación independiente en Noruega. «Así que estamos capturando mucho más CO2, en relación con las otras especies en las mezclas de gases».

Otro desafío que enfrentan los filtros de CO2 de membrana ha sido el costo. Cuanto más eficaces eran las tecnologías de membrana anteriores, más caras tendían a ser.

«Debido a que queríamos crear una tecnología que fuera comercialmente viable, nuestra tecnología comenzó con membranas que ya están en uso generalizado», dice Spontak. «Luego diseñamos la superficie de estas membranas para mejorar la selectividad. Y aunque esto aumenta el costo, creemos que las membranas modificadas seguirán siendo rentables».

.-