Resultados de simulación molecular para estructuras en la base de datos Core-MOF-DDEC. Crédito: Energía y Ciencias Ambientales (2025). Doi: 10.1039/d5ee01473e
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech (CHBE) han desarrollado un enfoque prometedor para eliminar el dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera para ayudar a mitigar el calentamiento global.
Si bien han surgido tecnologías prometedoras para la captura de aire directo (DAC) en la última década, los altos costos de capital y energía han obstaculizado la implementación de DAC.
Sin embargo, en un nuevo estudiar Publicado en Energy & Environmental Science, el equipo de investigación demostró técnicas para capturar CO₂ de manera más eficiente y asequible que usa aire extremadamente frío y materiales poros porosos ampliamente disponibles, ampliando las oportunidades de despliegue futuras para DAC.
Aprovechar la energía ya disponible
El equipo de investigación, incluidos miembros del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en la Universidad Nacional de Tennessee y Jeonbuk y la Universidad Nacional de Chonnam en Corea del Sur, empleó un método que combina DAC con la regasificación de gas natural licuado (GNL), un proceso industrial común que produce temperaturas extremadamente frías.
El GNL, que es un gas natural enfriado en un líquido para el envío, debe calentarse nuevamente en un gas antes de su uso. Ese proceso de calentamiento a menudo usa el agua de mar como fuente del calor y esencialmente desperdicia la energía de baja temperatura incorporada en el gas natural licuado.
En cambio, al usar la energía fría del GNL para enfriar el aire, los investigadores de Georgia Tech crearon un entorno superior para capturar el CO₂ utilizando materiales conocidos como “Physisorbents”, que son sólidos porosos que absorben gases.
La mayoría de los sistemas DAC en uso hoy emplean materiales a base de amina que unen químicamente el CO2 del aire, pero ofrecen un espacio de poros relativamente limitado para la captura, degradan con el tiempo y requieren energía sustancial para operar de manera efectiva. Los fisisorbentes, sin embargo, ofrecen una vida útil más larga y una absorción de co₂ más rápida, pero a menudo luchan en condiciones cálidas y húmedas.
El estudio de investigación mostró que cuando el aire se enfría a temperaturas casi criogénicas para DAC, casi todos los condensas de vapor de agua del aire. Esto permite a los fisisorbentes lograr un mayor rendimiento de captura de co₂ sin la necesidad de costosos pasos de recuperación del agua.
“Este es un paso adelante emocionante”, dijo el profesor Ryan Lively de Chbe@GT. “Estamos demostrando que puede capturar carbono a bajos costos utilizando infraestructura existente y materiales seguros de bajo costo”.
Investigador postdoctoral Seo-Yul Kim y el profesor Ryan Lively. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia
Ahorro de costos y energía
El modelado económico realizado por el equipo de Lively sugiere que integrar este enfoque basado en GNL en DAC podría reducir el costo de capturar una tonelada métrica de CO₂ a tan solo $ 70, aproximadamente una disminución de triples de los métodos DAC actuales, que a menudo exceden los $ 200 por tonelada.
A través de simulaciones y experimentos, el equipo identificó a Zeolite 13X y BART-20 como fisisorbentes líderes para este proceso DAC. Zeolite 13X es un material desecante económico y duradero utilizado en el tratamiento de agua, mientras que la ternera-20 es un marco orgánico de metal (MOF) conocido por su estabilidad y rendimiento de captura de CO2 del gas de combustión, pero no del aire.
Estos materiales mostraron una fuerte co₂ adsorción a -78 ° C (una temperatura representativa para el sistema GNL -DAC) con capacidades aproximadamente tres veces más altas que las que se encuentran en materiales aminos que operan en condiciones ambientales. También lanzaron el CO₂ capturado y purificado con entrada de baja energía, haciéndolos atractivos para uso práctico.
“Más allá de sus altas capacidades de CO2, ambos fisisorbentes exhiben características críticas como la entalpía de baja desorción, la rentabilidad, la escalabilidad y la estabilidad a largo plazo, todas las cuales son esenciales para las aplicaciones del mundo real”, dijo el autor principal Seo-Yul Kim, un investigador postdoctoral en el laboratorio animado.
Aprovechando la infraestructura existente
El estudio también aborda una preocupación clave para DAC: ubicación. Los sistemas tradicionales a menudo son los más adecuados para ambientes secos y fríos. Pero al aprovechar la infraestructura de GNL existente, el DAC casi cricogénico podría desplegarse en regiones costeras templadas e incluso húmedas, ampliando en gran medida el alcance geográfico de la eliminación de carbono.
“Los sistemas de regasificación de GNL son actualmente una fuente sin explotar de energía fría, con terminales que operan a gran escala en áreas costeras de todo el mundo”, dijo Lively. “Al aprovechar incluso una parte de su energía fría, podríamos capturar más de 100 millones de toneladas métricas de CO₂ por año para 2050”.
A medida que los gobiernos e industrias enfrentan una presión cada vez mayor para cumplir con los objetivos de emisiones netos cero, soluciones como el DAC casi cricogénico acoplado a GNL ofrecen un camino prometedor. Los próximos pasos para el equipo incluyen el refinamiento continuo de materiales y diseños de sistemas para garantizar el rendimiento y la durabilidad a escalas más grandes.
“Este es un ejemplo emocionante de cómo el replanteamiento de la energía en nuestra infraestructura existente puede conducir a reducciones de bajo costo en la huella de carbono”, dijo Lively.
El estudio también demostró que se podría emplear una gama ampliada de materiales para DAC. Mientras que solo se puede usar un pequeño subconjunto de materiales a temperaturas ambientales, el número que es viable crece sustancialmente a temperaturas casi criogénicas.
“Muchos fisisorbentes que previamente fueron descartados por DAC de repente se vuelven viables cuando caes la temperatura”, dijo el profesor Matthew Realff, coautor del estudio y profesor de CHBE@GT. “Esto desbloquea un espacio de diseño completamente nuevo para los materiales de captura de carbono”.
Más información: SEO-Yul Kim et al, captura de aire directo casi cricogénico utilizando adsorbentes, energía y ciencias ambientales (2025). Dos: 10.1039/d5ee01473e
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia
Cita: el método de bajo costo puede eliminar el CO₂ del aire utilizando temperaturas frías y materiales comunes (2025, 7 de julio) recuperado el 7 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-method-ir-cold-temperatures-common.html
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