Con materiales asequibles, los investigadores sacan el carbono directamente del aire utilizando cambios en la humedad

Materiales utilizados para probar la tecnología. Crédito: Dravid Lab / Northwestern University.

Los investigadores de la Universidad Northwestern han ampliado el potencial de la tecnología de captura de carbono que arranca el CO2 directamente del aire al demostrar que existen múltiples materiales adecuados y abundantes que pueden facilitar la captura de aire directo.

En un documento titulado “Materiales de plataforma para captura de carbono de sujeción de humedad” publicado en la revista Environmental Science & Technology, los investigadores presentan nuevos materiales de menor costo para facilitar el swing de humedad para atrapar y luego liberar CO2 dependiendo del contenido de humedad del aire local, llamándolo “uno de los enfoques más prometedores para la captura de CO2”.

El CO2 atmosférico continúa aumentando y, a pesar de los considerables esfuerzos mundiales para reducir los desechos de carbono, se espera que aumente más en las próximas décadas.

Explorar ideas eficientes y económicas sobre cómo secuestrar el exceso de CO2 del aire puede ayudar a compensar el terreno compensando las emisiones de sectores delocalizados como la aviación y la agricultura, donde las emisiones son particularmente difíciles de identificar y capturar.

La captura de aire directo (DAC) de giro de humedad, que utiliza cambios en la humedad para captar el carbono, será fundamental para las estrategias globales para combatir el cambio climático, pero su escalabilidad se ha limitado debido al uso previamente ubicuo de materiales de polímeros de ingeniería llamados resinas de intercambio de iones.

El equipo descubrió que podían reducir el uso de costos y energía al emplear materiales sostenibles, abundantes y económicos, a menudo abastecibles de los desechos orgánicos o la materia prima, para hacer que las tecnologías DAC sean más baratas y escalables.

“El estudio introduce y compara nuevos nanomateriales de plataforma para la captura de carbono de giro de humedad, específicamente materiales carbonosos como carbono activado, grafito nanoestructurado, nanotubos de carbono y grafito de escamas, y nanopartículas de óxido de metal que incluyen óxidos de hierro, aluminio y manganeses”, dijo la ciencia de los materiales del noroeste e ingeniería Ph.D. El candidato John Hegarty, coautor.

“Por primera vez, aplicamos un marco experimental estructurado para identificar el potencial significativo de los diferentes materiales para la captura de CO2. De estos materiales, el óxido de aluminio y el carbono activado tenían la cinética más rápida, mientras que el óxido de hierro y el grafito nanoestructurado podrían capturar la mayor cantidad de CO2”.

El documento demuestra la importancia del tamaño de poro de un material (bolsillos de espacio dentro de materiales porosos donde el dióxido de carbono puede acudir) para predecir su energía para capturar el carbono. Los ingenieros argumentan que este tipo de investigación apoyará el desarrollo de principios de diseño para mejorar el rendimiento modificando la estructura de un material.

Imagen SEM de carbono activado. Crédito: Dravid Lab / Northwestern University.

Escala de captura de carbono

Los métodos tradicionales para capturar directamente el CO2 atmosférico no han podido ser competitivos en muchos mercados debido a sus altos costos y complejidad técnica. Las tecnologías DAC más accesibles y de menor costo podrían compensar las emisiones de los sectores de fabricación de agricultura, aviación y concreto y acero que son desafiantes o imposibles de descarbonizar solo a través de la energía renovable.

“La metodología de gestión de humedad permite que el CO2 se secuestre a baja humedad y se libere a alta humedad, reduciendo o eliminando los costos de energía asociados con el calentamiento de un material sorbente para que pueda reutilizarse”, dijo el Ph.D. de la Escuela de Ingeniería McCormick. Graduado Benjamin Shindel.

Según Shindel y los otros autores del estudio, la modalidad es atractiva porque permite la eliminación de carbono de prácticamente en cualquier lugar y puede aprovechar las sinergias para conectarse a otros sistemas que operarán en un paradigma de utilización de carbono.

“Si diseña su sistema correctamente, puede confiar en gradientes naturales, por ejemplo, a través de un ciclo de día nocturno o aprovechando dos volúmenes de aire de los cuales uno es húmedo, y uno ya está seco en geografías donde eso tiene sentido”, dijo el profesor de ingeniería de materiales Vinayak P. Dravid, quien dirigió la investigación.

Dravid es el profesor de ciencia e ingeniería de materiales de Abraham Harris en McCormick y un afiliado de la facultad del Instituto de Sostenibilidad y Energía Paula M. Trienens.

También es el Director Fundador del Centro de Caracterización Atómica y Nanocala de la Universidad Northwestern (Nuance), así como el recurso experimental de nanotecnología blanda e híbrida (Shyne), y también sirve como Director Asociado de Programas Globales en el Instituto Internacional de Nanotecnología.

Hegarty y Shindel comparten la primera autoría, y Weinberg College of Arts and Sciences Ph.D. El estudiante Michael L. Barsoum y su asesor, presidente de química del noroeste y profesor Omar K. Farha también son autores.

Después de que el equipo evaluó por qué las resinas de intercambio de iones funcionaron tan bien para facilitar la captura, una combinación de tamaño de poro ideal y la presencia de grupos de iones cargados negativamente en sus superficies a las que puede unir el dióxido de carbono, identificaron otras plataformas con más abundancia y propiedades similares, con un enfoque en materiales que no ejercen tensión adicional en el entorno.

La literatura previa tiende a reunir la mecánica de todo el sistema, lo que dificulta la evaluación del impacto de los componentes individuales en el rendimiento.

Hegarty dijo que al mirar sistemáticamente y específicamente a cada material, encontraron un rango medio “justo” de tamaño de poro (alrededor de 50 a 150 Angstrom) con la mayor capacidad de swing, encontrando una correlación entre la cantidad de área dentro de los poros y la capacidad que los materiales exhibieron.

El equipo planea aumentar su comprensión de los ciclos de vida de los nuevos materiales que incluyen tanto el costo general como el uso de energía de la plataforma, y ​​espera que inspire a otros investigadores a pensar fuera de la caja.

“La captura de carbono todavía está en sus etapas nacientes como campo”, dijo Shindel. “La tecnología solo se volverá más barata y más eficiente hasta que se convierta en un método viable para cumplir con los objetivos de reducción de emisiones para el mundo. Nos gustaría ver estos materiales probados a escala en estudios piloto”.

Más información: Ciencia y tecnología ambiental (2025).

Proporcionado por la Universidad Northwestern

Cita: con los materiales asequibles, los investigadores sacan el carbono directamente del aire utilizando cambios en la humedad (2025, 3 de abril) recuperado el 3 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-materials-carbon-air-humidity.html

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