Diseñan esponja de grafeno que impide la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera

Científicos de las universidades de Málaga y Córdoba han desarrollado un filtro poroso con forma de panal de abeja para la captación y retención de dióxido de carbono.

Para ello, han creado una pieza de óxido de grafeno, sustancia compuesta por carbono puro, que establece una doble barrera química ante este contaminante atmosférico.

Un equipo de investigación de las universidades de Córdoba y Málaga, junto con expertos del Instituto Polymat de la Universidad del País Vasco, han desarrollado una nueva estructura porosa que captura y retiene dióxido de carbono, uno de los principales gases de efecto invernadero.

Esta pieza con forma de panal de abeja contiene además micropartículas de nitrógeno y azufre, que al contacto con el CO₂ actúan como un doble filtro e impiden que este gas se libere a la atmósfera.

La particularidad de esta especie de malla tridimensional es la combinación de una alta porosidad diseñada para retener todo el CO₂ posible durante su ciclo de funcionamiento y la capacidad de atrapar este gas de forma selectiva discriminando otros gases inertes a los que deja pasar.

Para construir estas estructuras, los expertos han producido por primera vez óxido de grafeno reducido, la forma oxidada de este material de carbono, mediante el uso de vitamina C.

El resultado es un compuesto sostenible con buenas propiedades mecánicas ya que resiste impactos, soporta altas temperaturas y conduce la electricidad.

Tradicionalmente, la captura de CO₂ se ha realizado con sustancias líquidas y corrosivas como el amoniaco, que afectan al funcionamiento de los equipos en los que se emplean.

En este estudio, los investigadores andaluces apostaron por una tecnología alternativa y sostenible para retener este gas con el empleo de materiales carbonosos de alta porosidad.

“Hemos creado monolitos con poros muy pequeños que presentan un alto rendimiento, especialmente en la selectividad de la adsorción de CO₂ con relación al nitrógeno”, apunta a la Fundación Descubre Juan Antonio Cecilia, investigador de la Universidad de Málaga y coautor de este trabajo.

Este material procedente del grafito se caracteriza además por el bajo impacto ambiental en su fabricación y su utilización.

“El grafito es un mineral abundante en la naturaleza.

De él se obtiene el grafeno, un compuesto laminar y cristalino.

Su obtención en laboratorio es costosa.

Por ello optamos por usar óxido de grafeno reducido, ya que su producción a gran escala es más sostenible”, explica Luis Serrano, investigador de la Universidad de Córdoba y coautor de este estudio.

Han conseguido fabricar a escala de laboratorio este tipo de esponja carbonosa tridimensional con una alta porosidad y capaz para de atrapar el dióxido de carbono.

El objetivo de esta estructura, cuyo peso puede ser similar al de una esponja de baño, es estrechar los poros lo máximo posible para que la molécula de CO₂ penetre y no localice una salida al exterior de tal modo que quede retenida en su estructura.

“El material tiene que ser un laberinto formado por caminos estrechos del que el dióxido de carbono no pueda salir”, matiza Juan Antonio Cecilia.

Además de adsorber el dióxido de carbono, esta esponja está diseñada para discriminar la presencia de otros gases y no retenerlos.

“Su función consiste en identificar moléculas de CO₂ e impedirle el paso.

Si la adsorción fuera similar con el resto de gases, los poros se llenarían y esos huecos en los que se debería quedar el dióxido de carbono quedarían ocupados por una gran variedad de moléculas, siendo adsorbentes menos eficientes”, añade Cecilia.

Para ello, las paredes de estas estructuras están compuestas por un material carbonoso que también presenta átomos de nitrógeno y azufre embebidos en su estructura y son sensibles al CO₂.

“La presencia de azufre y nitrógeno en estos compuestos fomenta una mayor retención de dióxido de carbono y, por tanto, aumentan la efectividad de esta estructura”, detalla Serrano.

Una vez fabricada esta esponja, los expertos andaluces estudiaron sus propiedades texturales, es decir, la porosidad del material.

En las pruebas realizadas modificaron diferentes parámetros para comprobar qué cantidad de dióxido de carbono puede capturar una pieza de este tipo y cuál es su comportamiento.

“Variamos la temperatura, el tamaño de los poros, la cantidad de nitrógeno y azufre añadidos en la estructura para potenciar la adsorción de dióxido de carbono, y así obtuvimos un modelo que reúne unos valores idóneos de selección y captura de CO₂”, explica Serrano.

Tras obtener estos resultados, los investigadores han evaluado la capacidad de adsorción, regeneración y nuevamente puesta en funcionamiento de estas estructuras.

“Inyectamos corrientes de CO₂ de forma periódica para comprobar si pierden capacidad de adsorción, si los poros se debilitan, si se deforman o si se degrada alguna zona”, asegura Serrano.

El siguiente paso es mejorar la adsorción sin perder selectividad y escalar el proceso a nivel industrial.

“Esta esponja es como un castillo de naipes. Al tener muchos huecos, si se quita una carta se desvanece.

A esta estructura le puede pasar lo mismo ya que si se hace un adsorbente excesivamente poroso puede colapsar su estructura porosa.

La capacidad de retención podría disminuir tras su ciclo de uso porque alguno de los poros se hubiera deformado o colapsado.

Tenemos que estudiar estas variables en pequeñas columnas para escalar el proceso y ensayar simulaciones en chimeneas industriales”, matiza Cecilia.

Fuente: ScienceDirect