Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han desarrollado una nueva herramienta que podría conducir a tecnologías más eficientes y económicas para capturar los gases que atrapan el calor de la atmósfera y convertirlos en sustancias beneficiosas, como combustible o materiales de construcción. Tal tecnología de captura de carbono puede ser necesariaa escala para limitar la advertencia global este siglo a 2,7 grados F 1,5 Celsius por encima de las temperaturas preindustriales y evitar los impactos catastróficos del cambio climático global.
Los científicos describen su técnica en un artículo publicado este mes en la revistaiCIENCIA.
El método predice qué tan fuerte será el enlace entre el dióxido de carbono y la molécula que lo atrapa, conocida como aglutinante. Este diagnóstico electroquímico se puede aplicar fácilmente a cualquier molécula que esté químicamente inclinada a unirse con el dióxido de carbono, lo que permite a los investigadores identificarcandidatos moleculares adecuados con los que capturar el dióxido de carbono del aire cotidiano.
"El Santo Grial, por así decirlo, es tratar de avanzar poco a poco hacia la capacidad de usar aglutinantes que puedan capturar el dióxido de carbono del aire [que nos rodea], no solo fuentes concentradas", dijo Oana Luca, coautora delnuevo estudio y profesor asistente de química."Determinar la fuerza de los aglutinantes nos permite determinar si la unión será fuerte o débil, e identificar candidatos para futuros estudios para la captura directa de carbono de fuentes diluidas".
El objetivo de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono es eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera y almacenarlo de forma segura durante cientos o miles de años. Pero aunque se ha utilizado en los EE. UU. desde la década de 1970, actualmente captura y almacena apenas0.1% de las emisiones globales de carbono anualmente. Para ayudar a cumplir los objetivos de emisiones de carbono establecidos por el IPCC, la captura y el almacenamiento de carbono tendrían que aumentar rápidamente en escala para 2050.
Las instalaciones industriales actuales de todo el mundo dependen de la captura de dióxido de carbono de una fuente concentrada, como las emisiones de las centrales eléctricas. Si bien estos métodos pueden unir una gran cantidad de dióxido de carbono de manera rápida y eficiente utilizando grandes cantidades de ciertos aglutinantes químicos, también son extraordinariamenteenergía intensiva.
Este método también es bastante costoso a escala para tomar dióxido de carbono y convertirlo en otra cosa útil, como carbonatos, un ingrediente del cemento, o formaldehído o metanol, que se pueden usar como combustible, según Luca, compañero-electo del Instituto de Energías Renovables y Sostenibles RASEI.
En cambio, el uso de métodos electroquímicos, como los detallados en el nuevo estudio dirigido por CU Boulder, liberaría a las instalaciones de captura de carbono de estar vinculadas a fuentes concentradas, lo que les permitiría existir en casi cualquier lugar.
Ser capaz de estimar fácilmente la fuerza de los enlaces químicos también permite a los investigadores seleccionar qué aglutinantes serán los más adecuados, y ofrecer una alternativa más económica a los métodos tradicionales, para capturar y convertir el carbono en materiales o combustible según Haley Petersen,coautor principal del estudio y estudiante graduado en química.
Creación de enlaces químicos
La ciencia de la química se basa en algunos hechos básicos: uno, que las moléculas están hechas de átomos, y dos, que están orbitadas por electrones. Cuando los átomos se unen con otros átomos, forman moléculas. Y cuando los átomos comparten electrones conotros átomos, forman lo que se llama un enlace covalente.
Usando electricidad, los investigadores pueden activar estos enlaces usando un electrodo para entregar un electrón a una molécula. Cuando lo hacen con una molécula de imidazolio, como lo hicieron en este estudio, se elimina un átomo de hidrógeno, creando una brecha en unátomo de carbono para que otra molécula quiera unirse a él, como el dióxido de carbono.
Sin embargo, el dióxido de carbono CO2 es el tipo de molécula a la que normalmente no le gusta crear nuevos enlaces.
"Por lo general, no es reactivo, y para reaccionar con él, también tienes que doblarlo", dijo Luca. "Así que estamos en un espacio químico que no ha sido probado antes, para el CO2 capturar."
El método que los investigadores examinan qué tan buenos son para unir CO una familia completa de carbenos un tipo específico de molécula que contiene un átomo de carbono neutro, que pueden generar electroquímicamente2.
"Simplemente mirando moléculas muy simples, moléculas que podemos hacer, moléculas que podemos modificar, podemos obtener un mapa de la energía para la captura electroquímica de carbono. Es un pequeño salto por ahora, pero posiblemente un gransalta por la línea", dijo Luca.
Este material se basa en el trabajo respaldado por la Beca de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias bajo la Subvención No. DGE 2040434.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder. Original escrito por Kelsey Simpkins. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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