De la rueda hidráulica a la salvación de la atmósfera: una membrana ecológica para la purificación del aire

Científicos del Reino Unido y Nueva Zelanda han desarrollado una membrana revolucionaria capaz de capturar dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera.

El dióxido de carbono es el principal responsable del calentamiento global, con emisiones anuales de alrededor de 40 mil millones de toneladas. Sin embargo, la concentración de CO2 en la atmósfera es de solo alrededor del 0,04%, lo que hace que el proceso de extracción sea extremadamente complejo y con un alto consumo de energía. La baja concentración de CO2 lleva a reacciones químicas lentas y su concentración requiere una cantidad significativa de energía.

Sin embargo, los investigadores han superado estos obstáculos con una nueva membrana que utiliza las diferencias naturales en la humedad como fuerza motriz. La solución permite reducir significativamente el consumo de energía, al tiempo que acelera el proceso de transferencia de dióxido de carbono a través de la membrana. El agua juega un papel clave en este proceso, acelerando el transporte de CO2.

Los autores del trabajo señalan que la tecnología creada es necesaria para capturar las emisiones de dióxido de carbono de fuentes móviles y distribuidas de CO2, que son difíciles de descarbonizar por otros medios.

La membrana sintética puede capturar dióxido de carbono del aire sin utilizar fuentes de energía tradicionales, como el calor o la presión. Los investigadores hacen una analogía con la rueda hidráulica de un molino, donde el movimiento del agua se utiliza para moler el grano. En el caso de la membrana, la diferencia en la humedad permite "bombear" el dióxido de carbono del aire.

En las membranas biológicas, el transporte suele ser pasivo, a favor del gradiente de concentración (uniporte, simporte y antiporte). Sin embargo, en el transporte activo, el transporte contra el gradiente de concentración (hacia arriba) para un tipo (rojo) puede lograrse a través de una estrecha asociación con el transporte hacia arriba para el segundo tipo (azul).

En la membrana sintética basada en sal fundida que contiene óxido de aluminio (Al2O3), el portador con una mezcla eutéctica triple de carbonatos fundidos ((Li/Na/K)2CO3) se mantiene en poros artificiales perforados con láser.

La diferencia en la humedad (aire caliente y aire seco) se utiliza para bombear CO2 de una corriente de aire a otra, contra el gradiente de concentración, para obtener una corriente de salida de CO2.

Los procesos de separación son fundamentales en muchos aspectos de la vida moderna. Desde alimentos y medicamentos hasta combustibles y baterías, la mayoría de los productos pasan por varias etapas de separación. Estos procesos también son importantes para minimizar los desechos y proteger el medioambiente, incluyendo la captura directa de dióxido de carbono.

Utilizando microtomografía de rayos X, los investigadores pudieron caracterizar con precisión la estructura de la membrana y compararla con otras membranas modernas. La modelización de procesos a nivel molecular permitió identificar los "portadores" dentro de la membrana, que transportan simultáneamente dióxido de carbono y agua.

En un mundo que avanza hacia una economía circular, los procesos de separación se volverán aún más críticos. La captura directa de dióxido de carbono puede utilizarse para obtener materia prima para la producción de productos hidrocarburos, asegurando un ciclo de carbono neutral o incluso negativo. Además, la tecnología de captura directa de carbono del aire es necesaria para mantener el calentamiento global dentro de los 1,5 °C establecidos por el Acuerdo de París de 2015.