La nueva tecnología del MIT podría ayudar a los grandes contaminadores a limpiar sus emisiones

Más de la mitad De las emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos provienen del transporte y la generación de electricidad y, afortunadamente, la caída del costo de las alternativas limpias, como los vehículos eléctricos y la energía solar, proporciona un camino claro hacia la descarbonización en ambos sectores.

Sin embargo, otro 23% de las emisiones estadounidenses provienen de la industria, y reducir estas emisiones será un desafío aún mayor.

«El acero, el cemento y los productos químicos son las tres industrias con mayores emisiones y se encuentran entre las más difíciles de descarbonizar, debido a factores técnicos como la necesidad de muy altas emisiones de calor y dióxido de carbono, y a factores económicos que incluyen bajos márgenes de beneficio e intensidad de capital. Y antigüedad de los activos a largo plazo y exposición comercial”, investigadores de la Brookings Institution libros En 2021.

Hasta que podamos descubrir cómo reemplazar los combustibles fósiles en la industria, lo mejor que puede hacer es evitar que sus emisiones lleguen a la atmósfera.

Captura de carbono 101: La idea detrás de la captura de carbono es extraer dióxido de carbono de una fuente altamente concentrada, como los gases de combustión, antes de liberarlo a la atmósfera. Luego, el carbono puede almacenarse bajo tierra o utilizarse para fabricar productos, como el combustible para aviones.

(Esto es diferente de aire directo Captura de carbono, que extrae dióxido de carbono de la atmósfera, donde está muy extendido).

La gran capacidad requerida para la renovación dificulta la adopción de tecnología de captura de carbono.

Estos sistemas pueden capturar 90% o más A partir del carbono de los gases de combustión, normalmente funcionan dirigiendo el escape hacia una cámara especial llena de una solución que contiene compuestos a base de amoníaco, llamados «aminas». El dióxido de carbono de los gases de combustión se une a las aminas de esta solución, mientras que el resto del escape se expulsa a la atmósfera.

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A continuación, la solución se calienta a temperatura ambiente. 120°C (248°F) Para romper el enlace entre las aminas y el dióxido de carbono, se libera una corriente de dióxido de carbono puro que se comprime y almacena, mientras las soluciones de aminas se reutilizan.

Este proceso, llamado “regeneración”, consume mucha energía y es costoso, lo que dificulta la adopción generalizada de tecnología de captura de carbono; hoy en día, solo existen alrededor de 40 sistemas comerciales Corriendo por todo el mundo.

alternativa: El calor no es la única opción para la regeneración. Hace aproximadamente una década, investigadores del MIT Probado Las reacciones electroquímicas (los tipos de reacciones que generan electricidad en las baterías) se pueden utilizar para liberar el dióxido de carbono capturado de las aminas.

El equipo del MIT estuvo dirigido por el entonces profesor asistente Petar Galant. Tecnología electroquímica desarrollada. Puede liberar carbono capturado y convertirlo en algo útil, todo en un solo paso.

Colocaron un electrodo en una de las soluciones de amina utilizadas para capturar carbono. Cuando se aplica voltaje al electrodo, el dióxido de carbono se separa de la solución y se convierte en carbono. Monóxidoque se utiliza en la producción de productos químicos necesarios para muchos tipos de combustibles, plásticos y otros productos.

En teoría, este es un enfoque de renovación más limpio y que consume menos energía: el calor utilizado en los sistemas actuales a menudo proviene del vapor derivado de combustibles fósiles, lo que reduce sus beneficios, pero este enfoque de bajo consumo de energía hace que sea más fácil depender únicamente de la electricidad. Provienen de fuentes de energía renovables, según Galán, y son cada vez más limpias y baratas.

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El hecho de que el proceso reduzca los requisitos de energía y al mismo tiempo cree algo de valor también puede ayudar a hacerlo más viable económicamente. Sin embargo, los investigadores aún no están seguros de cómo funciona exactamente este sistema o cómo mejorarlo.

«Demostramos que este proceso electroquímico era posible en conceptos muy tempranos», dijo Gallant. «Desde entonces, ha habido otros estudios centrados en el uso de este proceso para intentar producir sustancias químicas y combustibles útiles. Pero ha habido explicaciones inconsistentes sobre cómo funcionan estas reacciones, en secreto».

¿qué hay de nuevo? El equipo Gallant ya se ha desplegado Nueva búsqueda Eliminando parte del misterio que rodea a su sistema electroquímico.

En este nuevo estudio, publicado en la revista ACS Catalogy, atraparon dióxido de carbono en una variedad de soluciones que contenían aminas y luego aplicaron su técnica electroquímica para ver qué conducía a la mayor concentración de monóxido de carbono.

Determinaron que el tipo de amina utilizada en la solución no era el factor más importante. lo que importa Mayoría La concentración de dióxido de carbono en la solución fue. Cuanto más contacto tiene con el electrodo, más eficientemente se produce monóxido de carbono.

Según el equipo, esto sugiere que, aunque las técnicas electroquímicas deberían funcionar bien en sistemas que capturan carbono en algo como los gases de combustión, probablemente no sean susceptibles de integración en sistemas de captura directa de aire, cuyo objetivo es capturar y secuestrar carbono. El porcentaje relativamente pequeño de dióxido de carbono en la atmósfera.

«Mi sueño es que los sistemas electroquímicos puedan usarse para facilitar… el almacenamiento permanente de dióxido de carbono».

Petar Galant

Miro hacia adelante: Los investigadores planean utilizar lo que han aprendido para desarrollar aún más la tecnología de captura de carbono, pero enfatizan que el objetivo final sigue siendo descarbonizar el sector industrial, mientras se almacenan permanentemente sus emisiones dañinas para el clima.

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“El valor que [this tech] «Lo que aporta es que nos permite reciclar dióxido de carbono varias veces manteniendo los procesos industriales existentes, para reducir las emisiones asociadas», dijo Gallant.

“En última instancia, mi sueño es que los sistemas electroquímicos puedan usarse para facilitar la mineralización y el almacenamiento permanente de dióxido de carbono, una verdadera tecnología de eliminación”, continuó. «Esta es una visión a largo plazo. Gran parte de la ciencia que estamos empezando a comprender es un primer paso hacia el diseño de esos procesos».

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