Una nueva membrana de captura de carbono altamente permeable desarrollada por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab podría conducir a formas más eficientes de separar el dióxido de carbono del escape de la planta de energía, evitando que el gas de efecto invernadero ingrese a la atmósferay contribuyendo al cambio climático.
Los investigadores se centraron en una membrana híbrida que es en parte marco de polímero y parte de metal orgánico, que es un cristal tridimensional poroso con una gran área de superficie interna que puede absorber enormes cantidades de moléculas.
En un primer momento, los científicos diseñaron la membrana para que las moléculas de dióxido de carbono puedan viajar a través de ella a través de dos canales distintos. Las moléculas pueden viajar a través del componente polimérico de la membrana, como lo hacen en las membranas convencionales de separación de gases. O las moléculas pueden fluira través de "carreteras de dióxido de carbono" creadas por estructuras adyacentes metal-orgánicas.
Las pruebas iniciales muestran que este enfoque de dos rutas hace que la membrana híbrida sea ocho veces más permeable al dióxido de carbono que las membranas compuestas solo por el polímero. El aumento de la permeabilidad al dióxido de carbono es un gran objetivo en los esfuerzos por desarrollar materiales de captura de carbono que sean energéticamente eficientes y rentables..
La investigación es el artículo de portada de la edición de marzo de la revista Energy & Environmental Science .
"En nuestra membrana, algo de CO 2 las moléculas obtienen un viaje rápido a través de las carreteras formadas por estructuras organometálicas, mientras que otras toman la vía del polímero. Este nuevo enfoque permitirá el diseño de membranas de separación de gases de mayor rendimiento ", dice Norman Su, un estudiante graduado en Química yDepartamento de Ingeniería Biomolecular en UC Berkeley y un usuario en la Fundición Molecular.
Realizó la investigación con Jeff Urban, Director de la Instalación de Nanoestructuras Inorgánicas en la Fundición Molecular, y un equipo de científicos que incluía personal de la Fuente de Luz Avanzada.
Capturar las emisiones de carbono de las plantas de energía eléctrica y otras fuentes es un tema de investigación candente porque hay mucho margen de mejora. La forma convencional de separar el dióxido de carbono del gas de combustión es la adsorción de aminas, que no es económica a escala porque agregacosto de capital significativo y reduce la producción eléctrica de las centrales eléctricas.
Los científicos están explorando las membranas de polímeros como una alternativa más eficiente energéticamente a la adsorción de amina. Estas membranas son relativamente económicas y fáciles de trabajar, pero las membranas comerciales actuales tienen baja permeabilidad al dióxido de carbono. Para superar esto, los científicos han desarrollado membranas híbridas que son partemarco de polímero y parte metal-orgánico. Estos híbridos aprovechan la selectividad de dióxido de carbono de los marcos metal-orgánicos mientras mantienen la procesabilidad de los polímeros.
Pero, hasta ahora, los científicos no han sido capaces de diseñar membranas híbridas con suficientes estructuras organometálicas para formar canales continuos a través de la membrana. Esto significa que, en algún lugar del viaje de una molécula de dióxido de carbono a través de la membrana, la molécula debe contactar alpolímero. Esto restringe el transporte de la molécula al polímero.
En esta última investigación, los científicos de Berkeley Lab han desarrollado una membrana híbrida en la cual los marcos organometálicos representan el 50 por ciento de su peso, que es aproximadamente un 20 por ciento más que otras membranas híbridas. Anteriormente, la estabilidad mecánica de una membrana híbrida limitabala cantidad de armazones organometálicos que podrían empaquetarse en él.
"Pero obtuvimos nuestra membrana al 50 por ciento en peso sin comprometer su integridad estructural", dice Su.
Y el 50 por ciento en peso parece ser el número mágico. En ese umbral, hay tantos marcos orgánicos de metal en la membrana que forman una red continua de carreteras a través de la membrana. Cuando eso sucede, la membrana híbrida pasa de tenercanal único para transportar dióxido de carbono, en el cual las moléculas deben pasar a través del polímero, a dos canales, en los cuales las moléculas pueden moverse a través del polímero o a través de las carreteras de estructura organometálica ". Esta es la primera membrana híbrida de polímero-MOFtener estas vías de transporte duales, y podría ser un gran paso hacia procesos de captura de carbono más competitivos ", dice Su. Además de fabricar la membrana híbrida en la Fundición Molecular, los científicos analizaron el material en la línea de haz 12.2.2 del AdvancedFuente de luz.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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