Las fábricas de cemento como la que se muestra aquí son una fuente importante de dióxido de carbono, causante del calentamiento global. Sin embargo, algunos de estos contaminantes pueden convertirse en un nuevo tipo de combustible. Esta sal puede almacenarse de forma segura durante décadas o incluso más.
Esta es otra historia de una serie que analiza nuevas tecnologías y acciones que pueden frenar el cambio climático, reducir sus impactos o ayudar a las comunidades a afrontar un mundo que cambia rápidamente.
Las actividades que liberan dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero común, contribuyen al calentamiento de la atmósfera terrestre. La idea de extraer CO2 del aire y almacenarlo no es nueva. Sin embargo, es difícil de implementar, especialmente cuando la gente puede permitírselo. Un nuevo sistema resuelve el problema de la contaminación por CO2 de una manera ligeramente diferente: convierte químicamente este gas, causante del calentamiento global, en combustible.
El 15 de noviembre, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge publicaron sus innovadores resultados en la revista Cell Reports Physical Science.
Su nuevo sistema se divide en dos partes. La primera consiste en convertir el dióxido de carbono del aire en una molécula llamada formiato para producir combustible. Al igual que el dióxido de carbono, el formiato contiene un átomo de carbono y dos de oxígeno, además de un átomo de hidrógeno. El formiato también contiene otros elementos. El nuevo estudio utilizó sal de formiato, derivada del sodio o el potasio.
La mayoría de las pilas de combustible funcionan con hidrógeno, un gas inflamable cuyo transporte requiere tuberías y tanques presurizados. Sin embargo, también pueden funcionar con formiato. El formiato tiene un contenido energético comparable al del hidrógeno, según Li Ju, científico de materiales que dirigió el desarrollo del nuevo sistema. El formiato presenta algunas ventajas sobre el hidrógeno, señaló Li Ju. Es más seguro y no requiere almacenamiento a alta presión.
Investigadores del MIT crearon una pila de combustible para probar el formiato, que producen a partir del dióxido de carbono. Primero, mezclaron la sal con agua. La mezcla se introdujo en una pila de combustible. Dentro de la pila, el formiato liberó electrones en una reacción química. Estos electrones fluyeron del electrodo negativo de la pila al electrodo positivo, completando un circuito eléctrico. Este flujo de electrones (una corriente eléctrica) se mantuvo durante 200 horas durante el experimento.
Zhen Zhang, un científico de materiales que trabaja con Li en el MIT, es optimista y cree que su equipo podrá ampliar la nueva tecnología dentro de una década.
El equipo de investigación del MIT utilizó un método químico para convertir el dióxido de carbono en un ingrediente clave para la producción de combustible. Primero, lo expusieron a una solución altamente alcalina. Eligieron hidróxido de sodio (NaOH), comúnmente conocido como lejía. Esto desencadena una reacción química que produce bicarbonato de sodio (NaHCO₃), más conocido como bicarbonato de sodio.
Luego conectaron la electricidad. La corriente eléctrica desencadenó una nueva reacción química que dividió cada átomo de oxígeno de la molécula de bicarbonato de sodio, dejando solo formiato de sodio (NaCHO₂). Su sistema convirtió casi todo el carbono del CO₂ (más del 96 %) en esta sal.
La energía necesaria para eliminar el oxígeno se almacena en los enlaces químicos del formiato. El profesor Li señaló que el formiato puede almacenar esta energía durante décadas sin perder energía potencial. Posteriormente, genera electricidad al pasar por una pila de combustible. Si la electricidad utilizada para producir formiato proviene de energía solar, eólica o hidroeléctrica, la electricidad generada por la pila de combustible será una fuente de energía limpia.
Para ampliar la nueva tecnología, Lee afirmó: «Necesitamos encontrar ricos recursos geológicos de lejía». Estudió un tipo de roca llamada basalto alcalino (AL-kuh-lye buh-SALT). Al mezclarse con agua, estas rocas se convierten en lejía.
Farzan Kazemifar es ingeniero en la Universidad Estatal de San José, California. Su investigación se centra en el almacenamiento de dióxido de carbono en formaciones salinas subterráneas. Eliminar el dióxido de carbono del aire siempre ha sido difícil y, por lo tanto, costoso, afirma. Por ello, resulta rentable convertir el CO2 en productos utilizables como el formiato. El coste del producto puede compensar el coste de producción.
Se ha investigado mucho sobre la captura de dióxido de carbono del aire. Por ejemplo, un equipo de científicos de la Universidad de Lehigh describió recientemente otro método para filtrar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en bicarbonato de sodio. Otros grupos de investigación almacenan CO2 en rocas especiales, convirtiéndolo en carbono sólido que luego puede procesarse para producir etanol, un combustible de alcohol. La mayoría de estos proyectos son a pequeña escala y aún no han tenido un impacto significativo en la reducción de los altos niveles de dióxido de carbono en el aire.
Esta imagen muestra una casa que funciona con dióxido de carbono. El dispositivo que se muestra aquí convierte el dióxido de carbono (las moléculas en las burbujas rojas y blancas) en una sal llamada formiato (las burbujas azules, rojas, blancas y negras). Esta sal puede utilizarse en una pila de combustible para generar electricidad.
Kazemifar afirmó que nuestra mejor opción es "reducir primero las emisiones de gases de efecto invernadero". Una forma de lograrlo es reemplazar los combustibles fósiles con fuentes de energía renovables como la eólica o la solar. Esto forma parte de una transición que los científicos llaman "descarbonización". Sin embargo, añadió que detener el cambio climático requerirá un enfoque multifacético. Esta nueva tecnología es necesaria para capturar carbono en áreas difíciles de descarbonizar, afirmó. Tomemos como ejemplo las acerías y las fábricas de cemento.
El equipo del MIT también ve beneficios en combinar su nueva tecnología con la energía solar y eólica. Las baterías tradicionales están diseñadas para almacenar energía durante semanas. Almacenar la luz solar del verano durante el invierno o más tiempo requiere un enfoque diferente. "Con el combustible de formiato", dijo Lee, ya no se limita al almacenamiento ni siquiera estacional. "Podría ser generacional".
Puede que no brille como el oro, pero “puedo dejar 200 toneladas… de formiato a mis hijos e hijas”, dijo Lee, “como herencia”.
Alcalino: Adjetivo que describe una sustancia química que forma iones hidróxido (OH-) en solución. Estas soluciones también se denominan alcalinas (a diferencia de ácidas) y tienen un pH superior a 7.
Acuífero: Formación rocosa capaz de albergar depósitos subterráneos de agua. El término también se aplica a las cuencas subterráneas.
Basalto: Roca volcánica negra que suele ser muy densa (a menos que una erupción volcánica haya dejado grandes bolsas de gas en ella).
Enlace: (en química) conexión semipermanente entre átomos (o grupos de átomos) en una molécula. Se forma mediante fuerzas de atracción entre los átomos participantes. Una vez formados los enlaces, los átomos funcionan como una unidad. Para separar los átomos constituyentes, se debe suministrar energía a las moléculas en forma de calor u otra radiación.
Carbono: Elemento químico que constituye la base física de toda la vida en la Tierra. El carbono existe libremente en forma de grafito y diamante. Es un componente importante del carbón, la piedra caliza y el petróleo, y es capaz de autoasociarse químicamente para formar una amplia variedad de moléculas de valor químico, biológico y comercial. (En la investigación climática), el término carbono se utiliza a veces casi indistintamente con dióxido de carbono para referirse al impacto potencial que una acción, producto, política o proceso puede tener en el calentamiento atmosférico a largo plazo.
Dióxido de carbono (o CO₂): es un gas incoloro e inodoro que producen todos los animales cuando el oxígeno que respiran reacciona con los alimentos ricos en carbono que consumen. El dióxido de carbono también se libera al quemar materia orgánica, incluidos combustibles fósiles como el petróleo o el gas natural. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que retiene el calor en la atmósfera terrestre. Las plantas convierten el dióxido de carbono en oxígeno mediante la fotosíntesis y utilizan este proceso para producir su propio alimento.
Cemento: Un aglutinante utilizado para unir dos materiales, endureciéndolos hasta formar un sólido, o un pegamento espeso utilizado para unir dos materiales. (Construcción) Un material finamente molido utilizado para unir arena o roca triturada y formar hormigón. El cemento suele presentarse en polvo. Pero al humedecerse, se convierte en una pasta fangosa que se endurece al secarse.
Químico: Sustancia compuesta por dos o más átomos unidos en una proporción y estructura fijas. Por ejemplo, el agua es una sustancia química compuesta por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Su fórmula química es H₂O. «Químico» también puede usarse como adjetivo para describir las propiedades de una sustancia resultantes de diversas reacciones entre diferentes compuestos.
Enlace químico: Fuerza de atracción entre átomos lo suficientemente fuerte como para que los elementos enlazados funcionen como una unidad. Algunas atracciones son débiles, otras son fuertes. Todos los enlaces parecen conectar átomos compartiendo (o intentando compartir) electrones.
Reacción química: Proceso que implica una reorganización de las moléculas o estructuras de una sustancia en lugar de un cambio en la forma física (por ejemplo, de sólido a gas).
Química: rama de la ciencia que estudia la composición, la estructura, las propiedades y las interacciones de las sustancias. Los científicos utilizan este conocimiento para estudiar sustancias desconocidas, reproducir sustancias útiles en grandes cantidades o diseñar y crear nuevas sustancias útiles. (de compuestos químicos) La química también se refiere a la fórmula de un compuesto, su método de preparación o algunas de sus propiedades. Quienes trabajan en este campo se denominan químicos. (en ciencias sociales) la capacidad de las personas para cooperar, llevarse bien y disfrutar de la compañía mutua.
Cambio climático: Un cambio significativo y a largo plazo en el clima de la Tierra. Puede ocurrir de forma natural o como resultado de actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la tala de bosques.
Descarbonización: se refiere a la transición intencional hacia el abandono de tecnologías, actividades y fuentes de energía contaminantes que emiten gases de efecto invernadero basados ​​en el carbono, como el dióxido de carbono y el metano, a la atmósfera. El objetivo es reducir la cantidad de gases de carbono que contribuyen al cambio climático.
Electricidad: El flujo de carga eléctrica, generalmente resultante del movimiento de partículas cargadas negativamente llamadas electrones.
Electrón: partícula con carga negativa que generalmente orbita la región exterior de un átomo; también es el portador de electricidad en los sólidos.
Ingeniero: Persona que utiliza la ciencia y las matemáticas para resolver problemas. Cuando se usa como verbo, la palabra «ingeniero» se refiere al diseño de un dispositivo, material o proceso para resolver un problema o una necesidad insatisfecha.
Etanol: Alcohol, también llamado alcohol etílico, base de bebidas alcohólicas como la cerveza, el vino y los licores. También se utiliza como disolvente y combustible (por ejemplo, a menudo mezclado con gasolina).
Filtro: (n.) Algo que permite el paso de algunos materiales y de otros, dependiendo de su tamaño u otras características. (v.) Proceso de seleccionar ciertas sustancias basándose en propiedades como el tamaño, la densidad, la carga, etc. (en física) Pantalla, placa o capa de una sustancia que absorbe la luz u otra radiación o impide selectivamente el paso de algunos de sus componentes.
Formato: Término general para las sales o ésteres de ácido fórmico, una forma oxidada de un ácido graso. (Un éster es un compuesto a base de carbono que se forma al reemplazar los átomos de hidrógeno de ciertos ácidos con ciertos tipos de grupos orgánicos. Muchas grasas y aceites esenciales son ésteres naturales de ácidos grasos).
Combustible fósil: Cualquier combustible, como carbón, petróleo (petróleo crudo) o gas natural, que se formó durante millones de años dentro de la Tierra a partir de restos en descomposición de bacterias, plantas o animales.
Combustible: Cualquier sustancia que libera energía mediante una reacción química o nuclear controlada. Los combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) son combustibles comunes que liberan energía mediante reacciones químicas al calentarse (generalmente hasta el punto de combustión).
Pila de combustible: Dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica. El combustible más común es el hidrógeno, cuyo único subproducto es vapor de agua.
Geología: Adjetivo que describe todo lo relacionado con la estructura física de la Tierra, sus materiales, su historia y los procesos que ocurren en ella. Quienes trabajan en este campo se llaman geólogos.
Calentamiento global: Aumento gradual de la temperatura general de la atmósfera terrestre debido al efecto invernadero. Este efecto se debe al aumento de los niveles de dióxido de carbono, clorofluorocarbonos y otros gases en el aire, muchos de los cuales son emitidos por las actividades humanas.
Hidrógeno: El elemento más ligero del universo. En estado gaseoso, es incoloro, inodoro y extremadamente inflamable. Es un componente de muchos combustibles, grasas y sustancias químicas que forman los tejidos vivos. Está formado por un protón (el núcleo) y un electrón que orbita alrededor de él.
Innovación: (v. innovar; adj. innovar) Un ajuste o mejora a una idea, proceso o producto existente para hacerlo más nuevo, más inteligente, más eficiente o más útil.
Lejía: Nombre general de la solución de hidróxido de sodio (NaOH). La lejía suele mezclarse con aceites vegetales o grasas animales y otros ingredientes para elaborar jabón en barra.
Científico de materiales: Investigador que estudia la relación entre la estructura atómica y molecular de un material y sus propiedades generales. Los científicos de materiales pueden desarrollar nuevos materiales o analizar los existentes. Analizar las propiedades generales de un material, como la densidad, la resistencia y el punto de fusión, puede ayudar a ingenieros y otros investigadores a seleccionar los mejores materiales para nuevas aplicaciones.
Molécula: Grupo de átomos eléctricamente neutros que representa la menor cantidad posible de un compuesto químico. Las moléculas pueden estar formadas por un solo tipo de átomo o por diferentes tipos de átomos. Por ejemplo, el oxígeno del aire está formado por dos átomos de oxígeno (O₂), y el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O).
Contaminante: Sustancia que contamina algo, como el aire, el agua, las personas o los alimentos. Algunos contaminantes son sustancias químicas, como los pesticidas. Otros contaminantes pueden ser la radiación, como el calor o la luz excesivos. Incluso las malezas y otras especies invasoras pueden considerarse una forma de bioincrustación.
Potente: Adjetivo que se refiere a algo que es muy fuerte o poderoso (como un germen, un veneno, una medicina o un ácido).
Renovable: Adjetivo que se refiere a un recurso que puede reponerse indefinidamente (como el agua, las plantas, la luz solar y el viento). Esto contrasta con los recursos no renovables, que tienen un suministro limitado y pueden agotarse. Entre los recursos no renovables se incluyen el petróleo (y otros combustibles fósiles) o elementos y minerales relativamente raros.