El reactor electroquímico podría hacer que la captura directa de aire sea más eficiente energéticamente

Investigadores de la Universidad Rice han desarrollado un reactor electroquímico con captura directa de aire, que tiene el potencial de reducir significativamente el consumo de energía al eliminar el dióxido de carbono directamente de la atmósfera.

El nuevo diseño del reactor podría ser parte de la solución al grave problema del impacto de las emisiones en el clima y la biosfera al permitir estrategias de mitigación de dióxido de carbono más ágiles y escalables.

A Estudiar En energía de la naturaleza El reactor en particular se describe como una estructura modular de tres cámaras, con una capa de electrolito sólido poroso cuidadosamente diseñada en su núcleo. El ingeniero químico y biomolecular del arroz, Haotian Wang, cuyo laboratorio está investigando la descarbonización industrial y las soluciones de conversión y almacenamiento de energía, dijo que el trabajo "representa un hito importante en la captura de carbono de la atmósfera".

"Los hallazgos de nuestra investigación brindan una oportunidad para hacer que la captura de carbono sea más rentable y prácticamente factible en una amplia gama de industrias", dijo Wang, autor correspondiente del estudio y profesor asociado de ingeniería química y biomolecular.

El dispositivo ha logrado índices industrialmente relevantes de regeneración de dióxido de carbono a partir de soluciones que contienen carbono. Sus métricas de rendimiento, incluida su estabilidad a largo plazo y adaptabilidad a diversas reacciones catódicas y anódicas, demuestran su potencial para uso industrial a gran escala.

"Un gran atractivo de esta tecnología es su flexibilidad", dijo Wang, explicando que funciona con una variedad de productos químicos y puede usarse para generar hidrógeno. "La coproducción de hidrógeno durante la captura directa de aire puede traducirse en costos operativos y de capital dramáticamente más bajos para la fabricación posterior de combustibles o productos químicos netos cero".

La nueva tecnología ofrece una alternativa al uso de altas temperaturas en procesos de captura directa de aire, que a menudo implican hacer pasar una corriente de gas mixto a través de líquidos de alto pH para filtrar el dióxido de carbono, un gas ácido. Este primer paso del proceso une los átomos de carbono y oxígeno de las moléculas del gas con otros compuestos del líquido, formando nuevos enlaces de distintos grados de fuerza según el tipo de sustancia química utilizada para atrapar el dióxido de carbono.

El siguiente paso importante en el proceso implica recuperar el dióxido de carbono de estas soluciones, lo que se puede hacer mediante calor, reacciones químicas o procesos electroquímicos.

El investigador postdoctoral de Rice, Ziwei Fang, coprimer autor del estudio, dijo que las tecnologías tradicionales de captura directa de aire utilizan procesos de alta temperatura para recuperar dióxido de carbono de un sorbente o agente filtrante de dióxido de carbono.

"Nuestro trabajo se centra en utilizar energía eléctrica en lugar de energía térmica para regenerar dióxido de carbono", dijo Fang, y agregó que este enfoque tiene varios beneficios adicionales, incluido el de que funciona a temperatura ambiente, sin necesidad de productos químicos adicionales y sin necesidad de utilizarlos. Se producen subproductos no deseados.

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Los tipos de productos químicos utilizados para atrapar el dióxido de carbono tienen diferentes inconvenientes y beneficios. Los sorbentes a base de aminas son los más utilizados, ya que forman enlaces más débiles, lo que significa que se requiere menos energía para extraer el dióxido de carbono de la solución. Sin embargo, son muy tóxicos e inestables. Aunque las soluciones básicas a base de agua que utilizan sorbentes como el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio son una alternativa más ecológica, requieren temperaturas muy altas para liberar el dióxido de carbono.

"Nuestro reactor puede dividir eficientemente soluciones de carbonato y bicarbonato, produciendo adsorbente alcalino en una cámara y dióxido de carbono de alta pureza en una cámara separada", dijo Wang. "Nuestro enfoque innovador optimiza la entrada eléctrica para controlar eficientemente el movimiento de iones y la transferencia de masa, al tiempo que minimiza las barreras de energía".

Wang dijo que espera que la investigación inspire a más industrias a implementar procesos sostenibles y generar impulso hacia un futuro neto cero.

Otros autores del estudio son el ex investigador postdoctoral de Rice, Xiao Zhang, y los ex alumnos de doctorado de Rice y ex científicos postdoctorales, Peng Zhu y Yang Xia.