Desarrollan un nuevo método para capturar eficientemente dióxido de carbono de la atmósfera

• Un equipo del Departamento de Química de la Universidad de Helsinki desarrolló una nueva tecnología de captura de dióxido de carbono usando un compuesto de superbases y alcoholes
• 1 g de este compuesto absorbe directamente 156 mg de CO₂ y no reacciona con otros componentes del aire, como nitrógeno u oxígeno
• El CO₂ capturado puede liberarse con solo calentarlo a 70°C durante 30 minutos, lo que permite su reutilización, y ofrece mayor eficiencia energética que las tecnologías actuales que requieren tratamientos térmicos de más de 900°C
• El compuesto es no tóxico y de bajo costo, y mantiene el 75% de su rendimiento después de 50 reutilizaciones y el 50% después de 100
• El equipo planea probar este compuesto en una planta piloto a escala de demostración, y está impulsando el desarrollo de una versión sólida combinada con sílice u óxido de grafeno

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Desarrollo de un nuevo compuesto para capturar dióxido de carbono

• En el Departamento de Química de la Universidad de Helsinki desarrollaron un nuevo compuesto que captura directamente dióxido de carbono de la atmósfera
  • El compuesto está formado por una combinación de superbase y alcohol
  • 1 g del compuesto absorbe 156 mg de CO₂ y no reacciona con otros gases atmosféricos, como nitrógeno u oxígeno
• Tiene una capacidad de absorción superior a la de las tecnologías de captura existentes y también es efectivo en aire ambiente sin tratamiento (untreated ambient air)

Eficiencia de liberación y reutilización del CO₂

• El CO₂ capturado puede liberarse fácilmente con calentamiento a 70°C durante 30 minutos
  • El CO₂ liberado se recupera en forma pura y puede reutilizarse
  • Mientras que los compuestos anteriores requerían temperaturas superiores a 900°C, este nuevo compuesto puede regenerarse a baja temperatura
• El compuesto puede usarse repetidamente y conserva 75% de su capacidad de absorción después de 50 usos y 50% después de 100

Composición y características del compuesto

• El equipo probó varias bases para encontrar la combinación más adecuada
  • Finalmente, obtuvo el compuesto óptimo al combinar 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene (TBN) con alcohol bencílico
• El compuesto es no tóxico y todos sus componentes pueden producirse a bajo costo
• Los experimentos se realizaron durante más de un año para llegar a la combinación óptima

Plan de aplicación a escala industrial

• El equipo planea escalar el compuesto desde experimentos en gramos hasta una planta piloto de escala industrial
  • Para ello, será necesario convertir el compuesto líquido en una forma sólida
  • Planean combinarlo con sílice (silica) u óxido de grafeno (graphene oxide) para reforzar la interacción con el CO₂

Importancia de la investigación

• Esta tecnología se considera una solución sostenible de captura de carbono por sus características de baja temperatura, bajo costo y no toxicidad
• En el futuro se realizarán experimentos de demostración para verificar su potencial de aplicación industrial
• La investigación fue liderada por la investigadora posdoctoral Zahra Eshaghi Gorji y presentada como un resultado innovador de investigación de la Universidad de Helsinki

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Opiniones de Hacker News

• Resumiendo un comentario que escribí antes: separar CO2 del aire es difícil porque su concentración es demasiado baja.
  Aproximadamente, el aire es 78% nitrógeno, 21% oxígeno, 0.9% argón y solo 0.04% CO2, o sea, prácticamente está en el nivel de un error de redondeo.
  Por eso, el enfoque de “no emitirlo desde el principio o capturarlo justo en el punto de emisión” es mucho más realista.

  • A mí también siempre me ha costado imaginar cómo extraer CO2 del aire de forma eficiente, como si separaras otra vez los ingredientes de un pastel.
    Está tan disperso en toda la atmósfera que dudo que sea posible crear un gradiente de concentración significativo en escalas de tiempo humanas.
  • Pero en lugares con alta concentración de CO2, como las chimeneas industriales, esta tecnología sí podría servir.
  • En el fondo, no producir CO2 es mucho más eficiente que eliminarlo.
    Salvo casos excepcionales como la aviación, creo que tiene mucho más sentido destinar la energía a solar, eólica, baterías, aislamiento térmico y bombas de calor.
  • También me pregunto si la causa del deterioro cognitivo es realmente el CO2 en sí, o si el verdadero problema es la falta de oxígeno.
  • Aun así, las plantas lo resuelven bastante bien.

• La investigación en esta área es interesante y seguramente tiene muchas aplicaciones, pero la eliminación global de CO2 está en una escala que no es viable en la práctica.
  Al final, la única solución es “emitir menos desde el principio”.
  Si falta voluntad política, no veo por qué aparecería la voluntad de construir un sistema gigantesco de captura y almacenamiento.

  • Estoy de acuerdo en que hace falta voluntad política, pero creo que construir y operar el sistema no necesariamente requiere consenso político total.
    También queda la duda de si la parte que exige voluntad política es, justamente, que “nosotros” tengamos que coordinarnos.
  • Aun así, si el carbono capturado se convierte en materias primas químicas o combustibles sintéticos mediante el proceso Fischer–Tropsch, podría haber viabilidad económica.
    El problema no es tanto la eficiencia energética sino la eficiencia volumétrica: hoy los adsorbentes solo capturan decenas de gramos de CO2 por kilogramo.
    Si estos materiales mejoran, podría haber aplicaciones industriales.
    Como referencia, plantas como cottongrass crecen incluso en la tundra, así que podrían servir al mismo tiempo para captura de carbono y producción de biomateriales.
  • Otra opción es hacer captura concentrada en las salidas de centrales eléctricas o fábricas de cemento, donde se emite mucho CO2.
  • En sectores donde almacenar energía en baterías es difícil, sacar combustible del aire podría ser útil.
    Cuando el precio de la electricidad es bajo, incluso podría resultar económico, y si reemplaza la extracción de combustibles fósiles, podría acercarse a emisiones netas cero.
  • Aunque ahora parezca innecesario, incluso después de alcanzar emisiones netas cero seguirá habiendo mucho CO2 en la atmósfera, así que la investigación debe empezar desde ahora.

• A la velocidad actual de emisiones, quizá en 20 años hagan falta scrubbers de CO2 domésticos.
  Hoy el estándar es la cal sodada (Ca(OH)₂), que absorbe alrededor de 250 mg de CO2 por cada gramo.
  La ventaja de la nueva tecnología es que puede reutilizarse con calentamiento, así que podría servir para purificar el aire interior.

  • Una concentración alta de CO2 provoca deterioro cognitivo.
    Es común que en interiores se llegue a 2000~3000 ppm, y desde 700~1000 ppm empieza a bajar la capacidad de concentración.
    Los sistemas de ventilación con recuperación de calor ayudan.
  • La ventaja del nuevo material es que está en forma líquida.
    Los absorbentes reversibles que ya existen en investigación también lo son, pero el problema es que consumen mucha energía.
  • Si funciona a 160°F (aprox. 70°C) y no es tóxico, podría tener potencial para uso doméstico.
    También parece que ayudaría a mejorar la calidad del aire en las escuelas.
    Pero el reto clave sigue siendo qué hacer después de la captura.
  • Me da curiosidad de dónde sale esa estimación de “20 años”.
  • También sería interesante ver si esta tecnología podría aplicarse a la producción de cemento.

• Por ahora, los almacenes de carbono de origen biológico parecen ser el método de aislamiento más eficiente.
  Los depósitos húmedos de biochar y los depósitos secos de bloques de carbono se ven prometedores.
  Estos métodos son de baja energía y modulares, así que parecen más realistas que el DAC y hasta podrían servir de base para un sistema monetario del carbono.

• La captura directa de aire (DAC) no es económicamente viable por sus límites de escalado.
  Capturar cerca de las fuentes de emisión es más realista, pero sin subsidios no sale.
  Bajo la IRA, estamos hablando de alrededor de 50 dólares por tonelada.

  • En el fondo, eliminar la fuente de emisiones es mejor que capturarlas, pero igual hará falta capturar CO2 del aire.
  • Como el DAC no es sostenible, creo que alternativas como CCS con biomasa oceánica son mejores.
    Por ejemplo, cosechar algas marinas o fitoplancton a gran escala y luego aislarlos.
  • Aun así, si no eliminamos el CO2 acumulado desde la Revolución Industrial, no podremos revertir la temperatura.
    Es como una deuda que contrajimos, y pagarla requerirá una cantidad de energía casi imposible de imaginar.
    No creo que se resuelva en 50 años.
  • También está el problema de dónde almacenar el CO2.
    En caso de fuga, podría haber pérdidas masivas de vidas, como en el desastre del lago Nyos.
    Casi dan ganas de pensar que sería mejor vivir al lado de residuos nucleares.

• El título del artículo sería más preciso si dijera “método relativamente eficiente para capturar CO2”.
  No habla de una eficiencia absoluta, sino de una mejora frente a solventes existentes.

  • Una vez les puse a mis estudiantes una tarea de diseño para remover CO2, y la razón de que la eficiencia teórica hubiera subido era el aumento de la concentración atmosférica de CO2.
  • “Acercarse a la eficiencia teórica” y “ser económicamente viable” son dos cosas completamente distintas.

• Al final, la viabilidad económica decide todo.
  Plantar árboles es más barato, y si además consideras el valor de la madera, este método podría ser ineficiente.

  • Pero no es posible plantar suficientes árboles en todo el mundo.
    Cuando los bosques mueren vuelven a liberar CO2, así que hace falta almacenamiento permanente.
    Artículo relacionado: The Guardian – Africa forests transformed from carbon sink to carbon source
  • Más que la economía, mandan las leyes de la física.
    Para bajar el CO2 atmosférico a niveles de 1980 habría que mover una cantidad de materia del tamaño de una cordillera.
    Harían falta millones de camiones, y en consecuencia el gasto energético sería enorme.
    Incluso si plantas árboles, al final alguien los cortará y los usará, así que habría que enterrarlos en una forma energéticamente desfavorable.
  • Incluso si detuviéramos por completo las emisiones, igual habría que eliminar el CO2 ya acumulado.
    La reforestación a gran escala pierde eficiencia porque genera emisiones secundarias por uso de suelo, traslado de infraestructura y mantenimiento.
    Al final habrá que combinar captura de CO2 con tecnologías de sombreado solar.
  • Las plantas son poco eficientes, pero tienen la ventaja de empaquetar el CO2 en una forma estable.
    Si lo capturas como gas, almacenarlo a largo plazo es difícil, y métodos como humedales artificiales podrían ser una alternativa.
  • Como los árboles tardan décadas en crecer, no sirven mucho para una respuesta climática de corto plazo.

• El océano es la mejor máquina de captura de carbono.
  En los últimos 10 años ha habido una explosión de algas sargazo, y es posible que el aumento de CO2 sea una de las causas.
  Si se recolectan y se entierran en desiertos o tierras estériles, se podría lograr al mismo tiempo fertilización del suelo y fijación de carbono.

  • Los datos y las causas estimadas para 2025 están resumidos en el reporte de USF y en este artículo de ABC News.
    El análisis dice que, tras la sequía, el aumento brusco de entrada de fosfatos impulsó la proliferación de algas.
  • Pero para recolectar esas algas habría que usar inevitablemente combustibles fósiles, así que dudo que realmente dé un balance neto de carbono negativo.
    La mayoría de estas ideas de aislamiento a gran escala terminan pareciendo una fantasía tipo máquina de movimiento perpetuo.
  • Otra posibilidad es aumentar la alcalinidad del océano, pero eso provoca acidificación marina y destrucción de hábitats.
    Material relacionado: Ocean Visions – Ocean Alkalinity Enhancement
  • No parece haber una razón para que mover las algas a tierra haga que absorban más CO2.

• El estudio real mencionado en el artículo está en este paper de ACS.
  La sustancia clave es la superbase 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene.
  Las soluciones acuosas de aminas también pueden regenerarse por debajo de 200°C, así que parece que los medios hicieron marketing exagerado.

  • Añadieron la broma de que, cuando leyó “tecnología basada en animación”, creyó que era una investigación japonesa.

• El artículo no menciona el costo energético.
  Este líquido puede reutilizarse menos de 100 veces y, para liberar el CO2, hay que calentarlo a 70°C.
  Al final, la captura, el calentamiento y el procesamiento tienen un consumo energético alto.
  Si para capturar 1 g de CO2 terminas emitiendo más de 1 g de CO2, no tiene sentido.
  Hasta que la energía libre de carbono no sea muy barata, veo difícil una aplicación a gran escala.