Investigadores desarrollaron un dispositivo electroquímico capaz de extraer dióxido de carbono directamente del aire utilizando un mecanismo similar al de una batería. En las primeras pruebas necesitó considerablemente menos energía que los sistemas actuales de captura directa. El próximo desafío será demostrar que puede funcionar a gran escala y mantener esos resultados.
Retirar dióxido de carbono directamente de la atmósfera es técnicamente posible. El gran problema es cuánto cuesta hacerlo y, fundamentalmente, cuánta energía requiere.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Delaware acaba de presentar una alternativa que intenta atacar precisamente ese problema.
En lugar de utilizar grandes cantidades de calor para capturar y posteriormente liberar el CO₂, el nuevo dispositivo utiliza electricidad y una arquitectura electroquímica que funciona de manera similar a una batería.
Los primeros resultados son prometedores: el prototipo necesitó alrededor de 0,8 megavatios-hora de electricidad por cada tonelada de CO₂ capturada.
Los sistemas actuales de captura directa de aire pueden requerir aproximadamente entre 1,5 y 3 MWh por tonelada.
Si esa diferencia pudiera mantenerse cuando la tecnología aumente de escala, tendría consecuencias importantes sobre uno de los principales obstáculos económicos de la captura de carbono.
Capturar CO₂ como si atravesara una batería
El funcionamiento combina química y electricidad.
El dispositivo utiliza electrodos de hidróxido de níquel, un material conocido desde hace décadas y utilizado, por ejemplo, en determinadas baterías recargables.
Pero aquí la finalidad no es almacenar energía para posteriormente alimentar un aparato.
La electricidad se utiliza para generar condiciones químicas que permiten capturar el dióxido de carbono y transportarlo de un lado al otro de la celda.
En uno de los electrodos se producen iones hidróxido.
Cuando el aire entra en contacto con ellos, el CO₂ reacciona y se transforma en carbonato o bicarbonato.
Esas moléculas atraviesan posteriormente una membrana.
Al llegar al otro lado, donde las condiciones químicas son diferentes, la reacción se invierte y vuelve a liberarse dióxido de carbono.
El resultado es que el dispositivo puede tomar CO₂ presente en el aire y producir posteriormente una corriente mucho más concentrada del gas.
Una especie de balancín químico
Una característica particular del sistema es que ambos electrodos están fabricados con el mismo material.
Cuando se aplica voltaje en una dirección, uno de ellos cumple determinada función.
Al invertir la corriente eléctrica, los papeles se intercambian.
El ánodo pasa a comportarse como cátodo y el proceso químico puede repetirse en sentido inverso.
En lugar de imaginar una batería que se carga y descarga para almacenar electricidad, puede pensarse como una especie de balancín químico que utiliza electricidad para transportar CO₂.
Nueve celdas y aire en movimiento
Para probar el concepto, los investigadores construyeron un sistema formado por nueve celdas electroquímicas.
Un pequeño ventilador impulsa el aire a través de canales internos, permitiendo que entre en contacto con las superficies donde se produce la captura.
El ensayo de mayor escala utilizó nueve celdas de unos 300 centímetros cuadrados cada una.
Durante una prueba de 48 horas, el sistema registró un consumo equivalente a aproximadamente 0,83 MWh por tonelada de CO₂.
El equipo también realizó pruebas de durabilidad sobre una celda más pequeña, que consiguió funcionar durante unas 5.000 horas, cerca de siete meses.
Hay una distinción importante: la prueba prolongada se realizó con el dispositivo pequeño, mientras que el sistema mayor que consiguió el consumo energético más bajo fue probado durante solamente 48 horas.
Por lo tanto, todavía falta demostrar que ambas características —eficiencia y durabilidad— pueden mantenerse simultáneamente cuando la tecnología aumente de tamaño.
El gran problema de capturar carbono del aire
La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera es relativamente baja.
Eso obliga a procesar enormes cantidades de aire para obtener cantidades significativas de CO₂.
Las tecnologías tradicionales utilizan materiales sólidos o líquidos capaces de absorberlo.
Posteriormente esos materiales deben regenerarse para liberar el gas capturado y volver a utilizarlos.
Ese proceso suele necesitar calor.
Y producir calor consume energía.
Por eso existe un creciente interés en desarrollar alternativas electroquímicas que puedan funcionar directamente con electricidad y eventualmente aprovechar fuentes renovables como energía solar o eólica.
¿Capturar CO₂ por menos de 100 dólares la tonelada?
Los investigadores también realizaron una proyección económica.
Para una primera planta piloto estiman un costo cercano a 566 dólares por tonelada de CO₂ capturada.
No parece especialmente barato.
Pero sostienen que la fabricación a gran escala, el aprendizaje industrial y sucesivas generaciones de la tecnología podrían reducir considerablemente esa cifra.
Para una instalación con una capacidad unas mil veces mayor que el primer piloto, el equipo proyecta un costo cercano a 92 dólares por tonelada.
Superar la barrera de los 100 dólares es desde hace años uno de los grandes objetivos de la industria de captura directa de carbono.
Pero aquí resulta fundamental distinguir entre un resultado experimental y una proyección.
Los 92 dólares todavía no fueron demostrados en una planta comercial.
Son una estimación sobre lo que podría ocurrir si la tecnología consigue escalar de la manera prevista.
Del laboratorio a una industria
Parte del equipo de investigadores está vinculado con RepAir Carbon, una empresa creada para intentar comercializar esta tecnología.
Eso significa que los próximos pasos serán decisivos.
Un dispositivo pequeño puede funcionar extraordinariamente bien dentro de un laboratorio y encontrar dificultades completamente diferentes cuando debe procesar enormes volúmenes de aire durante años.
Habrá que evaluar cuánto duran las membranas y los electrodos, qué mantenimiento requieren, cuánto cuesta construir miles de celdas y cómo se comporta el sistema funcionando de manera continua.
La historia de la captura directa de carbono está llena de proyectos que consiguieron resultados prometedores en pequeña escala pero encontraron dificultades al crecer.
Capturar carbono no reemplaza reducir emisiones
Existe además una diferencia fundamental entre evitar que el dióxido de carbono llegue a la atmósfera y retirarlo después de que fue emitido.
Las tecnologías de captura directa pueden resultar útiles para compensar emisiones difíciles de eliminar y, eventualmente, contribuir a retirar parte del CO₂ acumulado.
Pero necesitan energía, infraestructura y un lugar donde almacenar permanentemente el carbono capturado.
Por eso no sustituyen la reducción de emisiones.
Son una herramienta adicional.
Una batería que no almacena electricidad
Quizás lo más interesante del nuevo desarrollo sea precisamente el cambio de enfoque.
La química utilizada en las baterías fue diseñada durante décadas para almacenar y liberar energía.
Ahora principios similares comienzan a explorarse para mover moléculas.
En este caso, dióxido de carbono.
El dispositivo desarrollado en Estados Unidos todavía está lejos de convertirse en una gigantesca máquina capaz de limpiar la atmósfera.
Pero sus primeras pruebas muestran que capturar CO₂ utilizando electroquímica puede requerir bastante menos energía que algunos métodos actuales.
Y en una tecnología donde cada kilovatio-hora determina cuánto carbono puede retirarse y cuánto costará hacerlo, esa diferencia puede resultar decisiva.
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