Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL, por sus siglas en inglés), del Departamento de Energía de Estados Unidos, y de la Universidad de Tennessee, Knoxville, han desarrollado unas membranas para reducir las emisiones industriales de carbono.
"Hay una compensación en la selectividad o la permeabilidad de las membranas que filtran el dióxido de carbono sin permitir el paso de otros gases", ha asegurado Zhenzhen Yang del Departamento de Química de UT.
Los resultados publicados en la revista Chem demuestran un método de fabricación de membrana que puede superar los actuales obstáculos.
Las membranas de gas son una tecnología prometedora pero todavía en desarrollo para reducir las emisiones de gases de combustión producidas por las industrias de combustibles fósiles.
El concepto es simple: una membrana fina y porosa actúa como un filtro para las mezclas de gases de escape, permitiendo selectivamente que el dióxido de carbono, o CO2, fluya libremente hacia un colector que se mantiene a presión reducida, pero evitando que el oxígeno, el nitrógeno y otros gases se marquen.
A diferencia de los métodos químicos existentes para capturar el CO2 de los procesos industriales, las membranas son fáciles de instalar y pueden funcionar sin supervisión durante largos períodos sin pasos adicionales o costos de energía añadidos. El problema es que se necesitan nuevos materiales rentables para ampliar la tecnología para su adopción comercial.
"Las membranas de gas necesitan presión en un lado y un vacío en el otro para mantener un ambiente de flujo libre, por lo que la selectividad y permeabilidad de los materiales son tan importantes para el desarrollo de la tecnología", ha afirmado Ilja Popovs de la División de Ciencias Químicas de la ORNL.
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Ningún material natural y solamente unos pocos materiales sintéticos han superado lo que se denomina el límite superior de Robeson, un límite conocido que limita lo selectivos y permeables que pueden ser la mayoría de los materiales antes de que estas tasas empiecen a descender.
Membranas a base de Flúor
"Nos propusimos probar la hipótesis de que la introducción de átomos de flúor en los materiales de membrana podría mejorar la captura de carbono y el rendimiento de la separación", ha añadido Yang.
El flúor, utilizado para fabricar productos de consumo como el teflón y la pasta de dientes, ofrece propiedades de dióxido de carbono que lo hacen atractivo para las aplicaciones de captura de carbono. También está ampliamente disponible, lo que lo convierte en una opción relativamente asequible para los métodos de fabricación de bajo costo.
"Nuestro primer paso fue crear un polímero único basado en el flúor utilizando métodos químicos sencillos y materiales de partida disponibles en el mercado", ha agregado Yang.
A continuación, los investigadores transformaron, o carbonizaron, el material usando calor para darle la estructura porosa y la funcionalidad necesaria para capturar el CO2. El proceso de dos pasos preservó los grupos fluorados e incrementó la selectividad del CO2 en el material final, superando un obstáculo fundamental encontrado en otros métodos sintéticos.
"Nuestro éxito fue un logro material que demuestra rutas factibles para aprovechar el flúor en los futuros materiales de membrana. Además, logramos este objetivo utilizando materiales baratos y disponibles comercialmente", ha añadido Popovs.
Los investigadores pretenden investigar a continuación el mecanismo por el cual las membranas fluoradas absorben y transportan el CO2, un paso fundamental que informará el diseño de mejores sistemas de captura de carbono con materiales diseñados específicamente para captar las emisiones de CO2.
