Nanomateriales innovadores para alcanzar un nuevo nivel de eficiencia CAC
El objetivo principal de INTERACT (INnovaTive Enzymes and polyionic-liquids based membRAnes as CO2 Capture Technology) fue superar la eficiencia energética y la rentabilidad de costes de los procesos de captura actuales. En este sentido, el equipo del proyecto empleó enzimas para conseguir una biocatalización extraordinariamente rápida y desarrolló nanomateriales de gran eficiencia denominados «líquidos poliiónicos» (PIL), los cuales se utilizaron en la creación de membranas de alta capacidad de filtración para la separación de gas que a su vez se integraron en tecnologías innovadoras. «Los procesos de post-combustión actuales, entre ellos la depuración química, se enfrentan a obstáculos económicos considerables debido a su elevado consumo energético», explica el profesor Dr. Andrzej Gorak, coordinador del proyecto para la Universidad Técnica de Dortmund. «INTERACT proporciona una base tecnológica para estos procesos: Hemos mejorado notablemente el proceso de depuración de gas gracias a sistemas disolventes de catalización de enzimas y a equipos cerrados innovadores, entre ellos los contactores de membranas. Y lo que es más importante, hemos intentado explotar las sinergias entre la elevada afinidad de captura de CO2 de nuestros materiales y las tecnologías mejoradas, a la vez que analizábamos el rendimiento en base a una evaluación detallada del ciclo de vida y de los aspectos técnico-económicos. El proyecto INTERACT exigió la realización de experimentos exhaustivos y el desarrollo de modelos de funcionamiento detallados para cada tecnología, no solo a nivel de laboratorio, sino también a escala piloto. A fin de identificar, por ejemplo, los sistemas de disolventes enzimáticos más adecuados, el equipo realizó en primer lugar ensayos de actividad con análisis enzimático, mientras que los sistemas que permiten la estabilidad a largo plazo se estudiaron en profundidad en términos de mejora de la transferencia másica en experimentos específicos a escala de laboratorio en una columna de pared mojada. Posteriormente, los sistemas de disolvente enzimático más prometedores atravesaron columnas de absorción a escala técnica en distintos lugares y con diferentes diámetros y alturas de empaquetadura. «La implantación de enzimas efectivas posibilita la utilización de disolventes con un calor de absorción menor y una capacidad de captación de CO2 superior, lo que en última instancia favorece una reducción significativa de los requisitos energéticos del proceso de absorción química», afirma el profesor Dr. Gorak. La combinación de anhidrasa carbónica y una solución MDEA acuosa con la nueva enzima evidenció una mejora de la transferencia de CO2 en un factor de hasta nueve. Además, dicho sistema es compatible con los equipos de depuración modernos. En el futuro, el profesor Dr. Gorak confía en que se lograran más mejoras. Potencial sin explotar Las membranas de gas basadas en PIL desarrolladas en el seno de este proyecto mostraron posibilidades para mejorar la eficiencia energética del proceso de captura de CO2, aunque el profesor Dr. Gorak afirma que aún debe mejorarse el aspecto económico: «El concepto desarrollado de un contactor de membrana híbrido, el cual combina la aplicación tanto de PIL como de enzimas, resulta interesante puesto que permite beneficiarse de las sinergias entre estos materiales, aunque es necesario investigarlo más detalladamente antes de hacer una valoración definitiva». Los PIL más selectivos, porosos y densos demostraron ser sorbentes competitivos para su utilización en procesos de absorción, al igual que las capas activas y altamente selectivas para los procesos de membrana de gas compuesto de película fina. «Curiosamente, uno de los materiales PIL desarrollados, el cual fue comercializado por uno de los socios del proyecto, ha despertado un gran interés en el campo de los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica como componente para electrolitos a base de gel/polímeros. Podría ayudar a mejorar los sistemas de almacenamiento de energía y la utilización de energías renovables», afirma el profesor Dr. Gorak. El profesor Dr. Gorak y su equipo se aseguraron de que, para cada tecnología desarrollada, se proporcionaban conceptos de proceso adecuados a fin de explotar los posibles beneficios y tener en cuenta las potenciales restricciones. Todos estos conceptos se evaluaron en un escenario de emisiones industriales de CO2. Las evaluaciones detalladas a nivel medioambiental y técnico-económico mostraron que las tecnologías INTERACT, además de su potencial para reducir considerablemente el impacto medioambiental de las centrales de combustión de carbón y otros procesos de emisión de CO2,también tienen un rendimiento superior al proceso vanguardista de depuración amínica. En el futuro, el profesor Dr. Gorak prevé que las aplicaciones no se limiten a una captura eficiente del CO2 procedente del gas de escape de las centrales de generación, sino que algunas posibiliten el tratamiento del biogás y gas de escape de las cementeras. «La aplicación de nuestras tecnologías para producir "Gas natural renovable" (GNR) sería un espaldarazo para la utilización de combustibles más sostenibles en el sector del transporte. Hay un gran potencial en este sector, en el cual ya existen infraestructuras de biogás relativamente grandes. Además, el GNR es un combustible "minimizado" que también puede utilizarse para sustituir al diésel en la navegación y en los vehículos de alta potencia, los cuales no cuentan con muchas alternativas de emisiones de carbono reducidas». Una cosa es segura: se seguirá hablando de los materiales del proyecto durante años.
Palabras clave
INTERACT, enzimas, captura y almacenamiento de carbono, CAC, captura de carbono, nanomateriales, líquido poliiónico, depuración amínica, disolvente enzimático, PIL, sorbente, gas de escape, gas natural renovable