22.10.2020 - Universität Bayreuth

Protección del clima: Químicos desarrollan nuevo material para la separación de CO₂ de los gases residuales industriales

El proceso de separación es tanto eficiente en términos de energía como de costos.

Los químicos de la Universidad de Bayreuth han desarrollado un material que bien podría hacer una importante contribución a la protección del clima y a la producción industrial sostenible. Con este material, el gas de efecto invernadero dióxido de carbono (CO₂) puede separarse específicamente de los gases de desechos industriales, el gas natural o el biogás, y por lo tanto estar disponible para su reciclaje. El proceso de separación es a la vez eficiente desde el punto de vista energético y eficaz en función de los costos. En la revista "Cell Reports Physical Science" los investigadores presentan la estructura y la función del material.

El "Acuerdo Verde", presentado por la Comisión Europea en 2019, pide que las emisiones netas de gases de efecto invernadero en la UE se reduzcan a cero para 2050. Esto requiere procesos innovadores que puedan separar y retener CO₂ de los gases de desecho y otras mezclas de gases para que no se libere a la atmósfera. El material desarrollado en Bayreuth tiene una ventaja fundamental sobre los procesos de separación anteriores: Es capaz de eliminar completamente el CO₂ de las mezclas de gases sin que se aglutine químicamente el CO₂. Estas mezclas de gases pueden ser gases residuales de plantas industriales, pero también gas natural o biogás. En todos estos casos, el CO₂ se acumula en las cavidades del material únicamente debido a la interacción física. Desde allí, puede liberarse sin gran gasto de energía, para volver a estar disponible como recurso para la producción industrial. Por lo tanto, el proceso de separación funciona, químicamente hablando, según el principio de adsorción física. Como un espacioso tanque de almacenamiento, el nuevo material puede ser llenado y vaciado de dióxido de carbono de una manera eficiente en términos de energía. En los laboratorios de Bayreuth, se diseñó de tal manera que sólo se separa CO₂ y ningún otro gas de las más variadas mezclas de gases.

"Nuestro equipo de investigación ha logrado diseñar un material que cumple dos tareas al mismo tiempo. Por un lado, las interacciones físicas con CO₂ son lo suficientemente fuertes para liberar y retener este gas de efecto invernadero de una mezcla de gases. Por otro lado, sin embargo, son lo suficientemente débiles como para permitir la liberación de CO₂ del material con sólo una pequeña cantidad de energía", dice Martin Rieß M.Sc., primer autor de la nueva publicación e investigador doctoral del grupo de investigación de Química Inorgánica I de la Universidad de Bayreuth.

El nuevo material es un híbrido inorgánico - orgánico. La base química son minerales de arcilla que consisten en cientos de plaquetas de vidrio individuales. Éstas tienen sólo un nanómetro de espesor cada una, y están dispuestas con precisión una encima de la otra. Entre las placas de vidrio individuales hay moléculas orgánicas que actúan como espaciadores. Su forma y sus propiedades químicas han sido seleccionadas para que los espacios porosos creados estén adaptados de forma óptima para acumular CO₂. Sólo las moléculas de dióxido de carbono pueden penetrar en el sistema de poros del material y ser retenidas allí. Por el contrario, el metano, el nitrógeno y otros componentes de los gases de escape deben permanecer fuera debido al tamaño de sus moléculas. Los investigadores han utilizado el llamado efecto de tamiz molecular para aumentar la selectividad del material para CO₂. Actualmente están trabajando en el desarrollo de un sistema de membranas basado en minerales de arcilla, diseñado para permitir la separación continua, selectiva y energéticamente eficiente del CO2 de las mezclas de gases.

El desarrollo de un material híbrido hecho a medida para la separación y el suministro de CO₂ fue posible gracias a un sistema de medición especial establecido en los laboratorios de Bayreuth que permite la determinación precisa de las cantidades de gases adsorbidos y de la selectividad del material de adsorción. Esto ha permitido que los procesos industriales se reproduzcan de manera realista. "Todos los criterios relevantes para la evaluación de los procesos de separación industrial CO₂ han sido completamente cumplidos por nuestro material híbrido. Se puede producir de forma rentable y puede contribuir de forma importante a la reducción de las emisiones industriales de dióxido de carbono, pero también al procesamiento de biogás y gas natural ácido", dice Martin Rieß.

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