La captura de carbono, o el secuestro y eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera durante procesos industriales como la mezcla de cemento o la producción de acero, se considera ampliamente un componente importante en la lucha contra el cambio climático. Las tecnologías actuales de captura de carbono, como la depuración con aminas, son difíciles de implementar porque requieren una cantidad significativa de energía para funcionar e incorporan compuestos corrosivos.
Como alternativa prometedora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard han desarrollado un sistema de captura de carbono que utiliza moléculas disueltas en agua llamadas quinonas como compuestos de captura. Una nueva investigación en Ingeniería Química de la Naturaleza proporciona información importante sobre el mecanismo de captura de carbono en estos sistemas electroquímicos seguros, suaves y a base de agua, allanando el camino para su mayor refinamiento.
Dirigida por Kiana Amini, ex becaria postdoctoral en Harvard y ahora profesora asistente en la Universidad de Columbia Británica, la investigación describe la química detallada de cómo funciona un sistema acuoso de captura de carbono mediado por quinonas en el que intervienen dos tipos. Se ha demostrado que la electroquímica mejora el rendimiento del sistema.
El autor principal del estudio es Michael J. Aziz, profesor Gene y Tracy Sykes de Materiales y Tecnologías Energéticas en SEAS. El laboratorio de Aziz inventó previamente una tecnología de batería de flujo redox que utiliza una química de quinona similar para almacenar energía para aplicaciones comerciales y de red.
Las quinonas son moléculas orgánicas pequeñas y abundantes que se encuentran tanto en el petróleo crudo como en el ruibarbo y que pueden convertir, atrapar y liberar CO. son2 Muchas veces desde el espacio. A través de experimentos de laboratorio, el equipo de Harvard supo que los membrillos atrapan carbono de dos maneras distintas. Estos dos procesos ocurren simultáneamente, pero los investigadores no están seguros de la contribución de cada uno a la captura general de carbono, como si su dispositivo electroquímico experimental fuera una caja negra.
Esto abre el cuadro de estudio.
“Si realmente queremos optimizar este sistema, necesitamos conocer los mecanismos que contribuyen a la captura y cuantificarlos… nunca hemos medido las contribuciones individuales de estos mecanismos”, afirmó Amini Kay.
Una de las formas en que las quinonas disueltas atrapan carbono es una forma de captura directa, en la que las quinonas adquieren una carga eléctrica y sufren una reacción de reducción que les da afinidad por el CO2. Este proceso permite que las quinonas se unan al CO.2 moléculas, dando como resultado un complejo químico llamado quinona-CO.2 adicto
El segundo método es una forma de captura indirecta en la que los membrillos se cargan y consumen protones, elevando el pH de la solución. Esto permite que el CO.2 reaccionar con un medio ahora alcalino para formar compuestos de bicarbonato o carbonato.
Los investigadores desarrollaron dos métodos experimentales en tiempo real para cuantificar cada mecanismo. Primero, utilizaron un electrodo de referencia para medir la diferencia en la firma de voltaje entre las quinonas y la quinona-CO resultante.2 adicto
En otro, utilizaron microscopía de fluorescencia para distinguir entre sustancias químicas oxidadas, reducidas y otras y cuantificar sus concentraciones en resoluciones temporales muy rápidas. Esto fue posible porque descubrieron que los compuestos implicados en la captura de carbono mediada por quinonas tienen firmas de fluorescencia únicas.
“Estos métodos nos permiten medir la contribución de cada mecanismo durante la operación”, dijo Amini. “Al hacer esto, podemos diseñar sistemas que se adapten a mecanismos y especies químicas específicas”.
Esta investigación avanza en la comprensión de los sistemas acuosos de captura de carbono a base de quinonas y proporciona herramientas para adaptar el diseño a diversas aplicaciones industriales. Aunque persisten desafíos, como la sensibilidad al oxígeno que puede inhibir el rendimiento, estos hallazgos abren nuevas vías de investigación.
La investigación se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía de EE. UU.
