Diseñan un material eficaz para atrapar dióxido de carbono de los gases de combustión húmedos

Ingenieros químicos del EPFL han diseñado un material que puede atrapar dióxido de carbono de los gases de combustión húmedos de forma más eficaz que los materiales disponibles en la actualidad.

En términos generales, “gas de combustión” se refiere a cualquier gas que sale de una tubería, escape, chimenea, etc. como producto de la combustión en una chimenea, horno, caldera o generador de vapor.

Pero el término se usa más comúnmente para describir los vapores de escape que salen de los conductos de las fábricas y centrales eléctricas.

Aunque pueden ser icónicos, estos gases de combustión contienen cantidades significativas de dióxido de carbono (CO₂), que es un importante gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global.

Una forma de mejorar el impacto contaminante de los gases de combustión es sacarles el CO₂ y almacenarlo en formaciones geológicas o reciclarlo.

De hecho, existe una enorme cantidad de investigaciones que intentan encontrar nuevos materiales que puedan capturar CO₂ de estos gases de combustión.

Los marcos metálicos orgánicos (MOF) se encuentran entre los más prometedores de estos materiales, pero la mayoría de estos materiales requieren secar primero el gas de combustión “húmedo”, lo que es técnicamente factible pero también muy costoso, y por lo tanto, es menos probable que se implemente comercialmente.

En un extraño giro de la naturaleza, o la química del diseño, los materiales que son buenos para capturar CO₂ han demostrado ser aún mejores para capturar agua, lo que los hace de poca utilidad con gases de combustión húmedos.

Parece que en la mayoría de estos materiales, el CO₂ y el agua compiten por los mismos sitios de adsorción: las áreas en la estructura del material que realmente capturan la molécula objetivo.

Ahora, un equipo de científicos dirigido por Berend Smit en EPFL Valais Wallis ha diseñado un nuevo material que evita esta competencia, no se ve afectado por el agua y puede capturar CO₂ de los gases de combustión húmedos de manera más eficiente que incluso los materiales comerciales.

En lo que Smit llama “un avance para el diseño de materiales computacionales”, los científicos utilizaron un enfoque innovador para superar las dificultades que presenta el diseño de materiales: las herramientas de descubrimiento de fármacos.

Cuando las compañías farmacéuticas buscan un nuevo candidato a medicamento, primero prueban millones de moléculas para ver cuáles se unirán a una proteína objetivo relacionada con la enfermedad en cuestión.

Los que lo hacen se comparan para determinar qué propiedades estructurales comparten en común.

Se establece un motivo común, que forma la base para diseñar y sintetizar moléculas de fármacos reales.

Usando este enfoque, los científicos de EPFL generaron 325,000 materiales por computadora cuyo motivo común es la capacidad de unir CO₂.

Todos los materiales pertenecen a la familia de MOF: materiales populares y versátiles que la investigación de Smit ha liderado durante años.

Para reducir la selección, los científicos buscaron motivos estructurales comunes entre los MOF que pueden unir muy bien el CO₂ pero no el agua.

Esta subclase se redujo aún más al agregar parámetros de selectividad y eficiencia, hasta que el algoritmo de generación de MOF de los investigadores finalmente se decidió por 35 materiales que muestran una mejor capacidad de captura de CO₂ del gas de combustión húmedo que los materiales actuales que están disponibles comercialmente.

“Lo que hace que este trabajo se destaque es que también pudimos sintetizar estos materiales”, dice Smit.

“Eso nos permitió trabajar con nuestros colegas para demostrar que los MOF realmente adsorben CO₂ y no agua, realmente los prueban para capturar carbono y los comparan con los materiales comerciales existentes”.

Esta parte del estudio se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de California Berkeley, la Universidad de Ottawa, la Universidad Heriot-Watt y la Universidad de Granada.

“Los experimentos llevados a cabo en Berkeley mostraron que todas nuestras predicciones eran correctas”, dice Smit.

“El grupo en Heriot-Watt demostró que nuestros materiales diseñados pueden capturar el dióxido de carbono de los gases de combustión húmedos mejor que los materiales comerciales”.

Fuente: EPFL