El nuevo filtro de tela de algodón de NCSU se muestra prometedor como eliminador de CO2
Fecha de publicación:Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte descubrieron que podían filtrar el dióxido de carbono de mezclas de aire y gases a velocidades prometedoras utilizando un nuevo filtro propuesto de base textil que combina tela de algodón y una enzima llamada anhidrasa carbónica, una de las herramientas de la naturaleza para acelerar las reacciones químicas.
El recomendaciones procedentes de las pruebas iniciales de laboratorio representan un paso adelante en el desarrollo de una posible nueva tecnología de captura de carbono que podría reducir las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas de biomasa, carbón o gas natural. Y aunque sería necesario aumentar significativamente el tamaño del filtro, los investigadores creen que su diseño facilitaría ese paso en comparación con otras soluciones propuestas.
"Con esta tecnología queremos detener las emisiones de dióxido de carbono en la fuente, y las centrales eléctricas son la principal fuente de emisiones de dióxido de carbono en este momento", dijo el autor principal del estudio. Jia Long Shen, investigador postdoctoral en NC State. "Creemos que la principal ventaja de nuestro método en comparación con investigaciones con objetivos similares es que nuestro método podría ampliarse fácilmente utilizando instalaciones de fabricación textil tradicionales".
La pieza central del diseño del equipo de investigación para un filtro químico de base textil propuesto es la enzima natural anhidrasa carbónica, que puede acelerar una reacción en la que el dióxido de carbono y el agua se convertirán en bicarbonato, un compuesto del bicarbonato de sodio. La enzima juega un papel importante en el cuerpo humano; ayuda a transportar dióxido de carbono para que pueda exhalarse.
"Tomamos prestada esta maravillosa enzima en nuestro proceso para acelerar la absorción de dióxido de carbono en una solución acuosa", dijo Shen.
Para crear el filtro, los investigadores adhirieron la enzima a una tela de algodón de dos capas sumergiendo la tela en una solución que contiene un material llamado quitosano, que actúa como un pegamento. El quitosano atrapa físicamente la enzima y hace que se adhiera a la tela.
Luego, los investigadores realizaron una serie de experimentos para ver qué tan bien su filtro separaba el dióxido de carbono de una mezcla de aire de dióxido de carbono y nitrógeno, simulando los niveles emitidos por las centrales eléctricas. Enrollaron la tela en espiral para poder meterla en un tubo. Empujaron el gas a través del tubo, junto con una solución a base de agua. Cuando el dióxido de carbono reaccionó con el agua de la solución y la enzima, se convirtió en bicarbonato y goteó por el filtro y el tubo. Luego, capturaron la solución de bicarbonato y la expulsaron.
Cuando empujaron aire a través del filtro a una velocidad de 4 litros por minuto, pudieron extraer 52,31 TP3T de dióxido de carbono con un filtro de una sola pila y 81,71 TP3T con un filtro de doble pila. Si bien los hallazgos son prometedores, es necesario probar el filtro frente a los caudales de aire más rápidos que se utilizan en las plantas de energía comerciales. A modo de comparación, una operación a gran escala necesitaría procesar más de 10 millones de litros de gases de combustión por minuto. Los investigadores están trabajando con colaboradores para realizar pruebas a mayor escala y comparar su tecnología con otras tecnologías comparables en estudio.
"Es una historia que aún está en progreso, pero obtuvimos algunos resultados iniciales realmente interesantes", dijo el coautor del estudio. Sonia Salmón, profesor asociado de ingeniería textil, química y ciencias en NC State. "Hemos logrado avances muy significativos".
Además de probar las tasas de captura de carbono de los filtros, también probaron qué tan bien funcionaría el filtro después de cinco ciclos de lavado, secado y almacenamiento. Descubrieron que podía mantener un alto nivel de rendimiento.
"La enzima se puede mantener a una temperatura más baja durante mucho tiempo y será duradera", dijo Shen. "La tela le proporciona soporte físico y estructura, al mismo tiempo que le proporciona una gran superficie para reaccionar con el dióxido de carbono".
Capturar el dióxido de carbono es sólo una parte del proceso; también están trabajando en el problema de cómo reciclar el líquido después de que sale del filtro, así como en el proceso de convertir el bicarbonato nuevamente en dióxido de carbono para que pueda almacenarse y almacenarse. eliminado o utilizado para otros fines comerciales.
"Queremos regenerar la solución de agua que usamos con el filtro para poder usarla una y otra vez", dijo Salmon. "Ese lado del proceso necesita más trabajo para que la energía de regeneración del disolvente sea lo más baja posible".
Los investigadores dicen que se necesitan nuevas tecnologías para la captura de carbono que requieran menos energía que las tecnologías de captura de carbono comercializadas existentes, algunas de las cuales se utilizan sólo para filtrar el dióxido de carbono y liberarlo nuevamente a la atmósfera. Esperan que su sistema de captura de carbono pueda ayudar a reducir el costo para ayudar a impulsar la adopción.
"Hay muchas formas diferentes de capturar dióxido de carbono", dijo Shen. “El estándar actual en el entorno comercial utiliza una reacción que es tan rápida, tan robusta y que une tan bien el dióxido de carbono que no es fácil eliminarlo. Hay que utilizar temperaturas muy altas, lo que supone mucho consumo energético. Eso encarece el proceso”.
El estudio, “Anhidrasa carbónica inmovilizada en embalajes estructurados textiles mediante atrapamiento de quitosano para CO2 Captura” fue publicado en línea en ACS Química e Ingeniería Sostenible. Los coautores incluyeron a Yue Yuan, quien completó su doctorado. en el equipo de Salmón. El estudio fue apoyado por NC State y por la Alianza para la Energía Sostenible, contratista administrador y operador del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) para el Departamento de Energía de EE. UU., a través de un proyecto financiado por la Oficina de Tecnologías de Bioenergía (BETO), como una colaboración. entre NREL, NC State y el Centro de Investigación de Energía Aplicada de la Universidad de Kentucky, utilizando enzimas de Novozymes.
Fuente del artículo original: WRAL TechWire