Hacia una captura más eficaz de CO2

Los depuradores húmedos son actualmente el método preferido para capturar el CO2 de los caudales de escape industriales. Su funcionamiento consiste en bombear el aire contaminado, ponerlo en contacto con un líquido depurador que atrae las moléculas de dióxido de carbono y, por último, bombear el aire depurado al exterior. No obstante, ante el fenómeno del cambio climático, es necesario buscar constantemente soluciones más eficaces, y los líquidos iónicos (IL) moleculares se consideran unos muy buenos candidatos.

Desde el año 2014, la Dra. Sonia Zulfiqar, de la Universidad del País Vasco, viene trabajando en un tipo concreto de IL gracias al apoyo brindado por la Unión Europea al proyecto NABPIL (Novel Amide Based Polymeric Ionic Liquids: Potential Candidates for CO2 Capture). Los líquidos iónicos poliméricos (PIL) podrían sumarse así a la gama de absorbentes de CO2, ofreciendo una eficacia de sorción notablemente superior a la de los —ya muy eficaces— líquidos iónicos moleculares.

¿Cuál es la principal carencia de las tecnologías actuales de captura de CO2?

Aunque ya existe tecnología destinada a capturar CO2 que incluye la absorción con solventes químicos, la adsorción física, el fraccionamiento criogénico, la separación mediante membranas, la fijación biológica o el proceso de combustión de O2/CO2, las actuales tecnologías comerciales de captura están fundamentadas en el proceso de depuración húmeda, un proceso que utiliza soluciones acuosas de alcanolaminas, las cuales plantean frecuentemente problemas de corrosión, degradación de aminas y pérdidas de solventes. De ahí que se necesiten materiales nuevos que separen eficazmente el CO2.

Dada esta situación, ¿cuáles son los objetivos principales de NABPIL?

El principal objetivo de NABPIL consiste en el diseño, la producción, la caracterización y el ensayo de una clase nueva de líquidos iónicos poliméricos basados en amidas que podrían poseer una capacidad muy elevada de captura de dióxido de carbono en el flujo de precombustión de gas natural y en los gases generados por la combustión. Son materiales novedosos que pueden ofrecer una gran capacidad de captura de CO2 a un coste reducido.

Con este proyecto nos propusimos elevar a nuevas cotas la investigación en torno a la captura y la conversión de CO2. Nuestra propuesta contribuirá a crear una economía del CO2 al introducir formas eficaces de capturarlo para después convertirlo en productos comerciales. Para cumplir nuestros objetivos tenemos que conjugar las disciplinas de la química, las ciencias del medio ambiente y de los materiales.

¿Por qué se decantaron por investigar los líquidos iónicos y no otros materiales? ¿Cuál es su valor añadido?

Entre los materiales más utilizados en los procesos de separación de CO2 están la sílice, el carbón activado, las ceolitas y los marcos metalorgánicos. Todos ellos se han empleado ya con un grado de éxito elevado, pero sigue habiendo deficiencias que resolver.

Nosotros creemos que estas deficiencias se pueden solucionar con los IL, también llamados solventes verdes o ecológicos. Se trata de unos materiales muy polivalentes que ya se han estudiado por poseer propiedades físicoquímicas sobresalientes y, concretamente, para aplicaciones de captura y separación de CO2. A diferencia de los solventes orgánicos comunes, poseen una presión de vapor insignificante, estabilidad térmica y propiedades químicas ajustables.

La funcionalización de polímeros que integran grupos químicos de IL ha dado lugar al desarrollo de una clase nueva de polielectrolitos llamados líquidos iónicos poliméricos (PIL), los cuales ya se han utilizado como parte de electrolitos poliméricos para baterías, biosensores, membranas para captura y separación de CO2, materiales inteligentes, tratamiento de celulosa y administración intragénica, entre otras aplicaciones.

En la actualidad, el área más dinámica y difícil dentro de la investigación en torno a los PIL es el uso de estos para la captura y separación de gases a partir de caudales de desechos, así como su almacenamiento y transporte. Los PIL se consideran idóneos para aplicaciones medioambientales al no ser volátiles y ser capaces de realizar una acumulación elevada y una sorción reversible de CO2. Ya se han diseñado PIL que contienen versiones de poli-IL nanoporosas y grupos de aminas con mayor capacidad de captura de CO2. Es más: recientemente se ha demostrado su permeabilidad y selectividad en cuanto a otros gases, incluyendo CO2, N2, CH4 y H2. 

¿Cuáles han sido las principales dificultades encontradas en el proyecto y cómo las han superado?

El plan era preparar primero polímeros basados en amidas y, después, una reacción de cuaternización para obtener los PIL. Pero de ese modo no conseguimos una tasa de conversión elevada en polímeros iónicos; la productividad fue bastante baja.

Para subsanar el problema, probamos otra estrategia consistente en sintetizar primero monómeros iónicos y después convertirlos en polímeros iónicos. Así, la tasa de conversión fue alta y la productividad mejoró.

El proyecto ya ha llegado a su fin. ¿Tienen algún plan de continuidad?

En el transcurso del proyecto NABPIL publicamos un artículo de revisión que fue el primero en destacar el efecto de distintos parámetros sobre la capacidad de acumulación de CO2 de los PIL. Ahora aspiramos a incorporar una gama de aniones y cationes CO2-fílicos a los polímeros iónicos e investigar su efecto para aumentar la sorción de CO2.

¿Han estudiado ya el potencial comercial de sus materiales? En caso afirmativo, ¿qué han averiguado?

Todavía no se ha examinado el potencial comercial de estos materiales tan novedosos. Si bien la capacidad de sorción de CO2 de estos PIL basados en amidas es superior a la de muchos otros PIL, sigue siendo inferior a la de las alternativas comerciales no iónicas.

Vamos a continuar nuestros esfuerzos por mejorar la acumulación de CO2 y, cuando consideremos que el resultado es satisfactorio, sin duda estudiaremos el potencial comercial de estos nuevos PIL.

Página web del proyecto en CORDIS

Fuente: Entrevista publicada en la revista de resultados research*eu nº 55 pp. 28-29