el dispositivo es esencialmente una batería grande y especializada que absorbe el dióxido de carbono del aire (u otra corriente de gas) que pasa sobre sus electrodos mientras se carga, y luego libera el gas mientras se descarga., En funcionamiento, el dispositivo simplemente alternaría entre la carga y la descarga, con aire fresco o gas de alimentación soplado a través del sistema durante el ciclo de carga, y luego el dióxido de carbono puro y concentrado soplado durante la descarga.

a medida que la batería se carga, se produce una reacción electroquímica en la superficie de cada una de las pilas de electrodos. Estos están recubiertos con un compuesto llamado poliantraquinona, que se compone con nanotubos de carbono., Los electrodos tienen una afinidad natural por el dióxido de carbono y reaccionan fácilmente con sus moléculas en la corriente de aire o gas de alimentación, incluso cuando está presente en concentraciones muy bajas. La reacción inversa tiene lugar cuando se descarga la batería, durante la cual el dispositivo puede proporcionar parte de la energía necesaria para todo el sistema, y en el proceso expulsa una corriente de dióxido de carbono puro. Todo el sistema funciona a temperatura ambiente y presión de aire normal.,

«la mayor ventaja de esta tecnología sobre la mayoría de las otras tecnologías de captura o absorción de carbono es la naturaleza binaria de la afinidad del adsorbente con el dióxido de carbono», explica Voskian. En otras palabras, el material del electrodo, por su naturaleza, «tiene una alta afinidad o ninguna afinidad», dependiendo del Estado de carga o descarga de la batería. Otras reacciones utilizadas para la captura de carbono requieren pasos intermedios de procesamiento químico o la entrada de energía significativa, como calor o diferencias de presión.,

«esta afinidad binaria permite la captura de dióxido de carbono de cualquier concentración, incluidas 400 partes por millón, y permite su liberación en cualquier flujo portador, incluido el 100 por ciento de CO2», dice Voskian. Es decir, como cualquier gas fluye a través de la pila de estas células electroquímicas planas, durante el paso de liberación el dióxido de carbono capturado será llevado junto con él. Por ejemplo, si el producto final deseado es dióxido de carbono puro para ser utilizado en la carbonatación de bebidas, entonces una corriente del gas puro puede ser soplado a través de las placas., El gas capturado se libera de las placas y se une a la corriente.

en algunas plantas embotelladoras de refrescos, el combustible fósil se quema para generar el dióxido de carbono necesario para dar a las bebidas su efervescencia. Del mismo modo, algunos agricultores queman gas natural para producir dióxido de carbono para alimentar sus plantas en invernaderos. El nuevo sistema podría eliminar esa necesidad de combustibles fósiles en estas aplicaciones y, en el proceso, eliminar el gas de efecto invernadero del aire, dice Voskian., Alternativamente, la corriente de dióxido de carbono puro podría comprimirse e inyectarse bajo tierra para su eliminación a largo plazo, o incluso convertirse en combustible a través de una serie de procesos químicos y electroquímicos.

el proceso que este sistema utiliza para capturar y liberar dióxido de carbono «es revolucionario», dice. «Todo esto ocurre en condiciones ambientales: no hay necesidad de aporte térmico, de presión o químico. Son estas láminas muy delgadas, con ambas superficies activas, que se pueden apilar en una caja y conectarse a una fuente de electricidad.,»

«en mis laboratorios, nos hemos esforzado por desarrollar nuevas tecnologías para abordar una serie de problemas ambientales que evitan la necesidad de fuentes de energía térmica, cambios en la presión del sistema o la adición de productos químicos para completar los ciclos de separación y liberación», dice Hatton. «Esta tecnología de captura de dióxido de carbono es una clara demostración del poder de los enfoques electroquímicos que requieren solo pequeñas oscilaciones en el voltaje para impulsar las separaciones.,»

en una planta de trabajo-por ejemplo, en una planta de energía donde los gases de escape se producen continuamente-dos conjuntos de tales pilas de celdas electroquímicas podrían configurarse una al lado de la otra para funcionar en paralelo, con el gas de combustión dirigido primero a un conjunto para la captura de carbono, luego desviado al segundo conjunto mientras el primer conjunto entra en su ciclo de descarga. Al alternar hacia adelante y hacia atrás, el sistema siempre podría capturar y descargar el gas., En el laboratorio, el equipo ha demostrado que el sistema puede soportar al menos 7,000 ciclos de carga y descarga, con una pérdida del 30 por ciento en eficiencia durante ese tiempo. Los investigadores estiman que pueden mejorar a 20.000 a 50.000 ciclos.

Los electrodos se pueden fabricar mediante métodos de procesamiento químico Estándar. Si bien hoy en día esto se hace en un entorno de laboratorio, se puede adaptar para que finalmente se puedan hacer en grandes cantidades a través de un proceso de fabricación de rollo a rollo similar a una imprenta de periódicos, dice Voskian., «Hemos desarrollado técnicas muy rentables», dice, estimando que podría producirse por algo así como decenas de dólares por metro cuadrado de electrodo.

en comparación con otras tecnologías de captura de carbono existentes, este sistema es bastante eficiente energéticamente, utilizando alrededor de un gigajulio de energía por tonelada de dióxido de carbono capturado, consistentemente. Otros métodos existentes tienen un consumo de energía que varía entre 1 y 10 gigajulios por tonelada, dependiendo de la concentración de dióxido de carbono de entrada, dice Voskian.,

los investigadores han creado una empresa llamada Verdox para comercializar el proceso, y esperan desarrollar una planta a escala piloto en los próximos años, dice. Y el sistema es muy fácil de escalar, dice: «si quieres más capacidad, solo necesitas hacer más electrodos.»

este trabajo fue apoyado por una subvención del MIT Energy Initiative Seed Fund y por ENI S. P. A.