Investigadores crean sales para una captura de CO2 barata y eficiente; imitando el hidrato de metano

Un equipo de investigadores internacionales dirigido por el profesor Cafer T. Yavuz de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), el profesor Bo Liu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y el profesor Qiang Xu de la Universidad de Ciencias del Sur and Technology (SUSTech) han desarrollado un método prometedor para la captura y el almacenamiento de carbono utilizando una sal de clatrato a base de sulfato de guanidinio monocristalino. Un artículo de acceso abierto sobre su trabajo aparece en Cell Reports Physical Science.

El hidrato de metano se estudia por su capacidad para capturar y atrapar moléculas de gas como el dióxido de carbono a alta presión. Sin embargo, es difícil o imposible recrear estas condiciones en el laboratorio, y el enfoque requiere además mucha energía, ya que el sólido de metano-hielo requiere refrigeración. Usando sal a base de sulfato de guanidinio, los científicos han creado con éxito estructuras en forma de celosía llamadas clatratos que imitan de manera efectiva la actividad del hidrato de metano, atrapando las moléculas de CO2 y dando como resultado una forma energéticamente eficiente de contener el gas de efecto invernadero.

El sulfato de guanidinio sirve para organizar y atrapar las moléculas de CO2 sin reaccionar con ellas. Hemos descubierto un raro ejemplo de un clatrato que es estable y no corrosivo a temperatura y presión ambiente, una característica muy deseable en comparación con la amina de etanol, el amoníaco y otras soluciones que se usan comúnmente en la captura de carbono.

Los métodos anteriores de captura de carbono incluían la quimisorción, donde se forman enlaces químicos entre las moléculas de CO2 y la superficie. Este proceso funcionó bien; sin embargo, los enlaces químicos requieren energía para descomponerse, lo que eleva el costo de la operación de captura de CO2. La estructura de clatrato a base de sal utiliza procesos de fisisorción de baja energía mientras captura CO2 sin interferencia de agua o nitrógeno, abriendo un lugar prometedor para futuras tecnologías de captura y almacenamiento de carbono a través de la rápida solidificación de CO2.

Demostración esquemática de formaciones de clatrato reversibles con cambio de presión para el proceso de captura y liberación de CO2. (A) Hidrato de CO2 donde las moléculas de CO2 quedan atrapadas en grupos de agua a altas presiones y bajas temperaturas. (B) Un clatrato de sulfato de guanidinio y CO2, CO2@Gua2SO4, donde el CO2 puede capturarse a presiones tan bajas como 32 kPa y temperaturas en condiciones de gases de combustión (35 °C e inferiores). Xiang et al.

El descubrimiento introduce una nueva forma de almacenar y transportar dióxido de carbono como un sólido. El CO2 se transporta convencionalmente como un sólido en forma de hielo seco; comprimido en cilindros de gas; o en forma de carbonatos. El clatrato de sal permite que el CO2 sea transportado como un polvo sólido, lo que produce una capacidad de volumen por peso notablemente alta, lo que hace que este método sea el menos intensivo en energía, con un tremendo potencial para aplicaciones en la vida real.

Nuestro equipo hizo posible transportar CO2 en forma sólida sin necesidad de refrigeración ni presión. A partir de ahora, podrá palear literalmente sólidos cargados de CO2. El impacto es amplio y fuerte, ya que la industria global de combustibles y las entidades del Reino están buscando activamente formas de capturar, almacenar y transportar CO2 sin penalizaciones energéticas significativas.

El equipo de investigación es optimista de que sus hallazgos conducirán a nuevas mejoras en la captura de CO2 en términos de estabilidad, reciclabilidad, capacidad de sorción y selectividad, y reducirán la penalización y el costo de la energía de regeneración.

La investigación se llevó a cabo en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah.

Recursos

Zhiling Xiang, Congyan Liu, Chunhui Chen, Xin Xiao, Thien S. Nguyen, Cafer T. Yavuz, Qiang Xu, Bo Liu (2023) "Síntesis de polvo de clatrato de dióxido de carbono monocristalino estable mediante cristalización por cambio de presión", Cell Reports Physical Ciencia, doi: 10.1016/j.xcrp.2023.101383

Publicado el 08 de mayo de 2023 en Captura y almacenamiento de carbono (CCS), Antecedentes del mercado | Enlace permanente | Comentarios (3)