Un laberinto de grafeno para atrapar CO2

La mitología griega cuenta que el primer laberinto se construyó en la Isla de Creta. Allí, su rey, llamado Minos, ordenó al arquitecto Dédalo levantar un lugar de fácil acceso y difícil salida donde encerrar al Minotauro, un monstruo salvaje con cuerpo de gigante y cabeza de toro que solo se alimentaba de carne humana. Hasta este espacio lleno de pasadizos entrecruzados llegaban cada año siete hombres y siete mujeres como ‘banquete’ para la bestia y ninguno logró nunca encontrar la salida antes de que lo alcanzara este ser mitológico.

Con el mismo objetivo que Dédalo diseñó ese lugar para que fuera un callejón sin salida, un equipo de investigadores de las universidades de Córdoba y Málaga, junto con expertos del Instituto Polymat de la Universidad del País Vasco, ha desarrollado un filtro poroso que actúa como un laberinto para el dióxido de carbono, uno de los principales gases que contribuyen al aumento de la temperatura global del planeta.

A la izquierda una muestra de la pieza diseñada por los expertos andaluces y a la derecha, una vista microscópica de su interior, con forma de panal de abeja.

Lo retiene en su estructura con forma de panal de abeja sin dejarlo salir, evitando así que este gas de efecto invernadero se emita a la atmósfera.

Para ello, los expertos han creado esta pieza, cuyo peso es similar al de una esponja de baño, y han estrechado los poros lo máximo posible para que la molécula de CO2 penetre en la estructura porosa y no localice una salida al exterior. “Este monolito tiene que ser un laberinto formado por caminos estrechos donde el dióxido de carbono no pueda encontrar la forma de salir y quede retenido”, matiza Juan Antonio Cecilia, investigador de la Universidad de Málaga y coautor de este trabajo.

Tradicionalmente, este proceso de captura de gases se ha realizado con sustancias líquidas y corrosivas como el amoniaco, que afectan al funcionamiento de los equipos en los que se emplean. En este estudio, los investigadores andaluces apostaron por una tecnología alternativa y sostenible para retener dióxido de carbono añadiendo compuestos sólidos de naturaleza carbonosa que presentan incorporados átomos de azufre y nitrógeno en su estructura. “Hemos creado monolitos con poros muy pequeños que presentan un alto rendimiento, especialmente a la hora de adsorber moléculas de CO2 con relación a otras moléculas inocuas para el medio ambiente”, apunta Juan Antonio Cecilia.

El investigador Juan Cecilia (UMA) con una muestra de la pieza diseñada para atrapar carbono.

Además, para construir estas estructuras, los expertos han producido por primera vez óxido de grafeno reducido, la forma oxidada de este material de carbono, mediante el uso de vitamina C. El resultado es un compuesto sostenible con fuertes propiedades mecánicas:

– Resiste impactos.

– Soporta altas temperaturas.

– Conduce la electricidad.

Como detallan en el estudio publicado en la revista Microporous and Mesoporous Materials, además de adsorber el dióxido de carbono, esta esponja está diseñada para discriminar la presencia de otros gases y no retenerlos. “Su función consiste en identificar moléculas de CO2 e impedirle el paso. Si hiciera lo mismo con el resto de gases, los poros se llenarían y esos huecos en los que se debería quedar el dióxido de carbono ya estarían ocupados por otros compuestos”, añade Cecilia.

Una vez fabricada esta esponja, los expertos andaluces estudiaron sus propiedades texturales, es decir, su porosidad. “Variamos la temperatura, el tamaño de los poros, la cantidad de nitrógeno y azufre añadidos en la estructura para potenciar la adsorción de dióxido de carbono, y así obtuvimos un modelo que reúne unos valores idóneos de selección y captura de CO2”, explica Luis Serrano, investigador de la Universidad de Córdoba y coautor del trabajo.

El investigador Luis Serrano (UCO) analizando una imagen microscópica de la pieza de grafeno.

Futuros pasos

Tras obtener estos resultados, los investigadores han evaluado la capacidad de adsorción, regeneración y nuevamente puesta en funcionamiento de estas estructuras.

El siguiente paso es mejorar la adsorción sin perder selectividad y escalar el proceso a nivel industrial. “Esta esponja es como un castillo de naipes. Al tener muchos huecos, si se quita una carta se desvanece. A esta estructura le pasa lo mismo, si el adsorbente es excesivamente poroso su estructura puede colapsar. La capacidad de retención podría disminuir tras su ciclo de uso porque alguno de los poros se hubiera deformado o colapsado. Tenemos que estudiar estas variables en pequeñas columnas para escalar el proceso y ensayar simulaciones en chimeneas industriales”, matiza Cecilia.

De izquierda a derecha: Iranzu Barbarin, Luis Serrano Cantador, Juan Antonio Cecilia y Radmila Tomovska, principales autores del estudio.

Por muy hábil y estratega que pueda llegar a ser el dióxido de carbono para localizar un hueco por el que escabullirse y salir al exterior, el grafeno ha demostrado ser una barrera eficaz, versátil, sostenible y rentable capaz de ponerle freno a este gas. En esta ocasión, no llegará Teseo con un ovillo de hilo de oro para ayudar al CO2 a encontrar la salida.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan una esponja de grafeno que impide la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera