Un equipo internacional de investigadores está proponiendo la idea de utilizar formiato de aluminio, un marco orgánico de metal (MOF), para eliminar el dióxido de carbono de los gases de escape de las centrales eléctricas de carbón antes de que el gas de efecto invernadero llegue a la atmósfera.
En un papel publicado en la revista Avances de la ciencia, el grupo de investigación explica que los MOF han exhibido un gran potencial para filtrar y separar materiales orgánicos, a menudo los diversos hidrocarburos en los combustibles fósiles, entre sí. Algunos MOF se han mostrado prometedores en la refinación del gas natural o en la separación de los componentes de octano de la gasolina; otros podrían contribuir a reducir el costo de la fabricación de plásticos o convertir una sustancia en otra a bajo costo. Su capacidad para realizar tales separaciones proviene de su naturaleza inherentemente porosa.
Entre ellos, el formiato de aluminio, al que los científicos se refieren como ALF, ha demostrado su eficacia en separación de dióxido de carbono de los otros gases que comúnmente salen volando de las chimeneas de las centrales eléctricas de carbón. También carece de las deficiencias que tienen otros materiales de filtración de carbono propuestos.
Como grupo, los MOF han mostrado un gran potencial para filtrar y separar materiales orgánicos, a menudo los diversos hidrocarburos de los combustibles fósiles, entre sí. Algunos MOF se han mostrado prometedores en la refinación del gas natural o en la separación de los componentes de octano de gasolina; otros podrían contribuir a reducir el costo de la fabricación de plásticos o convertir una sustancia en otra a bajo costo. Su capacidad para realizar tales separaciones proviene de su naturaleza inherentemente porosa.
“Lo que hace que este trabajo sea emocionante es que el ALF funciona realmente bien en comparación con otros adsorbentes de CO2 de alto rendimiento, pero compite con los compuestos de diseño en su simplicidad, estabilidad general y facilidad de preparación”, Hayden Evans, uno de los autores principales del artículo. dijo en un comunicado de prensa.
«Está hecho de dos sustancias que se encuentran fácil y abundantemente, por lo que crear suficiente ALF para usar ampliamente debería ser posible a un costo muy bajo».
Según Evans, depurar el CO2 de los gases de combustión antes de que llegue a la atmósfera en primer lugar es un enfoque lógico, pero ha resultado ser un desafío crear un depurador eficaz. La mezcla de gases que fluye por las chimeneas de las centrales eléctricas de carbón suele ser caliente, húmeda y corrosiva, características que dificultan encontrar un material económico que pueda hacer el trabajo de manera eficiente.
Algunos otros MOF funcionan bien pero están hechos de materiales costosos; otros son menos costosos en sí mismos pero funcionan adecuadamente solo en condiciones secas, lo que requiere un «paso de secado» que reduce la humedad del gas pero aumenta el costo total del proceso de lavado.
“Ponlo todo junto, necesitas algún tipo de material maravilloso”, dijo Evans. “Aquí, hemos logrado marcar todos los requisitos excepto la estabilidad en condiciones de mucha humedad. Sin embargo, usar ALF sería lo suficientemente económico como para que un paso de secado se convierta en una opción viable”.
ALF está hecho de hidróxido de aluminio y ácido fórmico, dos productos químicos abundantes y fácilmente disponibles en el mercado. Costaría menos de un dólar por kilogramo, que es hasta 100 veces menos costoso que otros materiales con un rendimiento similar.
Evans señaló que el bajo costo es importante porque la captura de carbono en una sola planta podría requerir hasta decenas de miles de toneladas de material de filtración.
Cómo funciona
A escala microscópica, ALF se parece a una jaula de alambre tridimensional con innumerables agujeros pequeños. Estos agujeros son lo suficientemente grandes como para permitir que las moléculas de CO2 entren y queden atrapadas, pero lo suficientemente pequeños como para excluir las moléculas de nitrógeno un poco más grandes que constituyen la mayoría de los gases de combustión. El trabajo de difracción de neutrones mostró al equipo cómo las jaulas individuales en el material se acumulan y se llenan de CO2, lo que revela que las moléculas de gas encajan dentro de ciertas jaulas dentro de ALF como una mano en un guante.
A pesar de su potencial, ALF no está listo para su uso inmediato. Los ingenieros tendrían que diseñar un procedimiento para crear ALF a gran escala. Una planta alimentada con carbón también necesitaría un proceso compatible para reducir la humedad de los gases de combustión antes de depurarlos. Evans dijo que ya se sabe mucho sobre cómo abordar estos problemas y que no harían que el costo de usar ALF fuera prohibitivo.
El investigador también señaló que qué hacer con el CO2 después también es una pregunta importante, aunque este es un problema para todos los materiales de captura de carbono.
Se están realizando esfuerzos de investigación para convertirlo en ácido fórmico, que no solo es un material orgánico natural, sino también uno de los dos componentes de ALF. La idea es que ALF podría convertirse en parte de un proceso cíclico en el que ALF elimina el CO2 de las corrientes de escape y ese CO2 capturado se usa para crear más ácido fórmico. Este ácido fórmico luego se usaría para producir más ALF, lo que reduciría aún más el impacto general y el costo del ciclo del material.
“Actualmente se está investigando mucho sobre el problema de qué hacer con todo el CO2 capturado”, dijo Evans. “Parece posible que eventualmente podamos usar la energía solar para separar el hidrógeno del agua y luego combinar ese hidrógeno con el CO2 para producir más ácido fórmico. Combinado con ALF, esa es una solución que ayudaría al planeta”.
