Químicos de Cambridge han utilizado un método similar a cargar una batería para cargar carbón activado, que se utiliza a menudo en los filtros de agua domésticos.
Al cargar la "esponja" de carbón con iones que forman enlaces reversibles con el CO2, los investigadores descubrieron que el material cargado podía capturar con éxito el CO2 directamente del aire.
La esponja de carbón cargada también es potencialmente más eficiente energéticamente que los métodos actuales de captura de carbono, ya que requiere temperaturas mucho más bajas para eliminar el CO2 capturado y poder almacenarlo. Los resultados se publican en la revista Nature.
"Capturar las emisiones de carbono de la atmósfera es un último recurso, pero dada la escala de la emergencia climática, es algo que debemos investigar", dijo en un comunicado el Dr. Alexander Forse del Departamento de Química, quien dirigió la investigación.
"Lo primero y más urgente que tenemos que hacer es reducir las emisiones de carbono en todo el mundo, pero también se cree que la eliminación de gases de efecto invernadero es necesaria para lograr emisiones netas cero y limitar los peores efectos del cambio climático. Siendo realistas, tenemos que hacer todo lo que podamos".
La captura directa del aire, que utiliza materiales similares a esponjas para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, es un enfoque potencial para la captura de carbono, pero los enfoques actuales son caros, requieren altas temperaturas y el uso de gas natural, y carecen de estabilidad.
"Se han realizado algunos trabajos prometedores sobre el uso de materiales porosos para la captura de carbono de la atmósfera", dijo Forse. "Queríamos ver si el carbón activado podría ser una opción, ya que es barato, estable y se fabrica a gran escala".
El carbón activado se utiliza en muchas aplicaciones de purificación, como filtros de agua, pero normalmente no puede capturar y retener CO2 del aire. Forse y sus colegas propusieron que si el carbón activado pudiera cargarse, como una batería, podría ser un material adecuado para la captura de carbono.
Al cargar una batería, se insertan iones cargados en uno de los electrodos de la batería. Los investigadores plantearon la hipótesis de que cargar carbón activado con compuestos químicos llamados hidróxidos lo haría adecuado para la captura de carbono, ya que los hidróxidos forman enlaces reversibles con CO2.
El equipo utilizó un proceso de carga similar al de una batería para cargar un paño de carbón activado económico con iones de hidróxido. En este proceso, la tela actúa esencialmente como un electrodo en una batería, y los iones de hidróxido se acumulan en los diminutos poros del carbón. Al final del proceso de carga, el carbón se retira de la "batería", se lava y se seca.
Las pruebas de la esponja de carbón cargada mostraron que podía capturar con éxito el CO2 directamente del aire, gracias al mecanismo de unión de los hidróxidos.
"Es una nueva forma de fabricar materiales, utilizando un proceso similar al de una batería", dijo Forse. "Y las tasas de captura de CO2 ya son comparables a las de los materiales actuales. Pero lo que es aún más prometedor es que este método podría consumir mucha menos energía, ya que no necesitamos altas temperaturas para recolectar el CO2 y regenerar la esponja de carbón".
Para recolectar el CO2 del carbón para que pueda purificarse y almacenarse, el material se calienta para revertir los enlaces hidróxido-CO2. En la mayoría de los materiales que se utilizan actualmente para la captura de CO2 del aire, los materiales deben calentarse a temperaturas de hasta 900 °C, a menudo utilizando gas natural. Sin embargo, las esponjas de carbón cargadas desarrolladas por el equipo de Cambridge solo requieren calentarse a 90-100 °C, temperaturas que se pueden alcanzar utilizando electricidad renovable. Los materiales se calientan a través de un calentamiento resistivo, que esencialmente los calienta de adentro hacia afuera, lo que hace que el proceso sea más rápido y consuma menos energía.
Sin embargo, los materiales tienen limitaciones en las que los investigadores están trabajando ahora. "Estamos trabajando ahora para aumentar la cantidad de dióxido de carbono que se puede capturar, y en particular en condiciones húmedas donde nuestro rendimiento disminuye", dijo Forse.
Los investigadores dicen que su enfoque podría ser útil en campos más allá de la captura de carbono, ya que los poros del carbón y los iones insertados en ellos se pueden ajustar para capturar una variedad de moléculas.
"Este enfoque fue una especie de idea loca que se nos ocurrió durante los confinamientos por Covid-19, por lo que siempre es emocionante cuando estas ideas realmente funcionan", dijo Forse. "Este enfoque abre una puerta a la fabricación de todo tipo de materiales para diferentes aplicaciones, de una manera que es simple y energéticamente eficiente".
Se ha presentado una patente y la investigación se está comercializando con el apoyo de Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la universidad.
