Ingenieros de la Universidad de Illinois en Chicago (UIC) han construido una hoja artificial rentable que puede capturar dióxido de carbono a tasas 100 veces mejores que los sistemas actuales.
A diferencia de otros sistemas de captura de carbono, que funcionan en laboratorios con dióxido de carbono puro de tanques presurizados, esta hoja artificial funciona en el mundo real. Captura el dióxido de carbono de fuentes más diluidas, como el aire y los gases de combustión producidos por las centrales eléctricas de carbón, y lo libera para su uso como combustible y otros materiales.
«Nuestro sistema de hojas artificiales se puede implementar fuera del laboratorio, donde tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la reducción de los gases de efecto invernadero en la atmósfera gracias a su alta tasa de captura de carbono, costo relativamente bajo y energía moderada, incluso en comparación con el mejores sistemas basados en laboratorio», dijo en un comunicado Meenesh Singh, profesor asistente de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de la UIC y autor correspondiente del artículo.
Usando un concepto teórico informado anteriormente, los científicos modificaron un sistema estándar de hojas artificiales con materiales económicos para incluir un gradiente de agua, un lado seco y un lado húmedo, a través de una membrana cargada eléctricamente.
En el lado seco, un solvente orgánico se adhiere al dióxido de carbono disponible para producir una concentración de bicarbonato o bicarbonato de sodio en la membrana. A medida que se acumula el bicarbonato, estos iones cargados negativamente atraviesan la membrana hacia un electrodo cargado positivamente en una solución a base de agua en el lado húmedo de la membrana. La solución líquida disuelve el bicarbonato en dióxido de carbono, por lo que puede liberarse y aprovecharse para combustible u otros usos.
La carga eléctrica se utiliza para acelerar la transferencia de bicarbonato a través de la membrana.
Cuando probaron el sistema, que es lo suficientemente pequeño como para caber en una mochila, los científicos de la UIC descubrieron que tenía un flujo muy alto (una tasa de captura de carbono en comparación con el área de superficie requerida para las reacciones) de 3,3 milimoles por hora por 4 centímetros cuadrados. Esto es más de 100 veces mejor que otros sistemas, aunque solo se necesitó una cantidad moderada de electricidad (0,4 KJ/hora) para impulsar la reacción, menos que la cantidad de energía necesaria para una bombilla LED de 1 vatio. Calcularon el costo en 145 dólares por tonelada de dióxido de carbono, lo cual está en línea con las recomendaciones del Departamento de Energía de que el costo no debe exceder los 200 dólares por tonelada.
«Es particularmente emocionante que esta aplicación en el mundo real de una hoja artificial impulsada por electrodiálisis tuviera un alto flujo con un área de superficie modular pequeña», dijo Singh. «Esto significa que tiene el potencial de ser apilable, los módulos se pueden agregar o quitar para adaptarse más perfectamente a la necesidad y se pueden usar de manera asequible en hogares y aulas, no solo entre organizaciones industriales rentables. Un pequeño módulo del tamaño de un humidificador doméstico puede eliminar más de 1 kilogramo de CO2 por día, y cuatro pilas industriales de electrodiálisis pueden capturar más de 300 kilogramos de CO2 por hora de los gases de combustión».
El estudio se publica en Energy & Environmental Science.
