Investigadores desarrollan una película de gel sostenible para capturar dióxido de carbono con un coste energético reducido

Diálogo del 17 de agosto de 2023

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por el Dr. Youhong Guo

Las emisiones globales de CO2 para 2022 alcanzaron las 36,1 gigatoneladas, y esto consumió entre el 13% y el 36% del presupuesto de carbono restante para limitar el calentamiento a 1,5°C, lo que significa que nuestras emisiones permisibles podrían agotarse en dos años.

Las tecnologías de captura directa de aire (DAC) extraen CO2 directamente de la atmósfera en cualquier lugar, pero su practicidad está limitada por las mayores necesidades energéticas y los costos generales. En particular, la mayoría de los sistemas basados ​​en sorbentes sólidos no pueden funcionar bien en condiciones húmedas y tienen altas temperaturas de regeneración o requieren condiciones de vacío.

Para superar estos desafíos, desarrollamos hidrogeles sostenibles de captura de carbono (SCCH) como un material de cambio radical para la captura de CO2 con alta absorción y energía de regeneración excepcionalmente baja (Figura 1). El estudio se publica en la revista Nano Letters.

A diferencia de otros materiales absorbentes en los que el agua inerte conduce a una regeneración térmica que consume mucha energía, el agua en los hidrogeles tiene una entalpía de evaporación reducida que puede contribuir a una energía de regeneración reducida. El SCCH consta de goma konjac de biomasa de bajo costo, celulosa termosensible y polietilenimina (PEI) uniformemente dispersada. Otra ventaja de este SCCH es su estructura jerárquica única. Los poros a micro y nanoescala permiten el transporte de CO2 y un fácil acceso a los sitios de aminas activas.

El vapor de agua precapturado mejora la unión del CO2 con el PEI, lo que conduce a una capacidad de captura mucho mayor en condiciones de humedad (Figura 2, izquierda). Además, el CO2 capturado se libera con un bajo suministro de energía (Figura 2, derecha), lo que se puede lograr mediante calentamiento eléctrico suave o irradiación solar sin vacío, siempre que la temperatura alcance ~60°C. Esto se ve favorecido por la reducida entalpía de evaporación del agua en los hidrogeles hidrófilos y la capacidad de respuesta térmica de la celulosa.

Destacamos también otra ventaja de nuestro SCCH que es la facilidad de preparación. El gel se puede preparar con materiales disponibles comercialmente, disolverse en agua, verterse en un molde y seguir un proceso de liofilización. Esto es escalable y duradero en el aire ambiente, lo que beneficia la aplicación práctica. Con una temperatura de regeneración tan baja, nuestros nuevos hidrogeles pueden ser una plataforma de materiales innovadora para una gestión de la calidad del aire y tecnologías DAC más sostenibles.

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Más información: Youhong Guo et al, Hidrogeles escalables derivados de biomasa para la captura sostenible de dióxido de carbono, Nano Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02157

Información de la revista:Nano letras

Youhong Guo es un posdoctorado en el Departamento de Ingeniería Química del Instituto de Tecnología de Massachusetts y trabaja con el Prof. T. Alan Hatton. Sus intereses de investigación son el desarrollo de materiales poliméricos para aplicaciones en energía y sostenibilidad ambiental.