La captura y almacenamiento de carbono (CAC) ha sido promocionada, una y otra vez, como una de las tecnologías críticas que podrían ayudar a Australia a alcanzar sus objetivos climáticos, y ocupa un lugar destacado en el plan del gobierno federal para lograr emisiones netas cero para 2050.

Una canica líquida, con líneas que indican la trayectoria de su interior. flujo

 

CAC es generalmente cuando las emisiones se capturan en la fuente , como por ejemplo desde una central eléctrica alimentada por carbón, transportado en camión a un lugar remoto y almacenado bajo tierra.

Pero los críticos dicen que invertir en captura y almacenamiento de carbono significa apostar por tecnología que aún no ha demostrado que funcione a escala. De hecho, desde el punto de vista tecnológico, el diseño de materiales eficaces que capturen carbono, tanto sólidos como líquidos, ha sido históricamente una tarea desafiante.

Entonces, ¿podría ser alguna vez una solución viable para las emisiones de dióxido de carbono de la industria de los combustibles fósiles?

Emergente investigación en el extranjero muestra que las “canicas líquidas” (pequeñas gotas recubiertas con nanopartículas) podrían abordar los desafíos actuales en los materiales utilizados para capturar carbono. Y nuestra investigación sobre modelos, publicada ayer, nos acerca un gran paso hacia hacer realidad esta tecnología futurista. .

Problemas con la captura de carbono

Según su Hoja de ruta de inversión en tecnología, el gobierno de Morrison considera la CCS una tecnología prioritaria de bajas emisiones y está invirtiendo 300 millones de dólares australianos en diez años para desarrollarlo.

Pero la eficacia y eficiencia de la CCS ha hace tiempo que controvertido debido a sus altos costos operativos y problemas de ampliación para una aplicación más amplia.

Un problema actual, más específicamente, es la eficacia de los materiales utilizados para capturar el CO₂, como los absorbentes. Un ejemplo es el llamado “depuración con aminas”, un método utilizado desde 1930 para separar, por ejemplo, CO₂. a partir de gas natural e hidrógeno.

Los problemas del lavado con aminas incluyen sus altos costos, problemas relacionados con la corrosión y altas pérdidas de materiales y energía. Las canicas líquidas pueden superar algunos de estos desafíos.

Esta tecnología puede ser casi invisible a simple vista, con algunas canicas de menos de 1 milímetro de diámetro. El líquido que contiene (normalmente agua o alcohol) está en la escala de microlitros (un microlitro es una milésima de mililitro).

Las canicas tienen una capa exterior de nanopartículas que forman una capa flexible y porosa, evitando que el líquido del interior se escape. Gracias a esta armadura, pueden comportarse como sólidos flexibles, estirables y blandos, con un núcleo líquido.

 

¿Qué tienen que ver las canicas con CCS?<

Las canicas líquidas tienen muchas habilidades únicas: pueden flotar, ruedan suavemente y se pueden apilar una encima de otra. .

Otras propiedades deseables incluyen resistencia a la contaminación, baja fricción y manipulación flexible, lo que las hace atractivas para aplicaciones como captura de gas, administración de fármacos e incluso como biorreactores en miniatura.

En el contexto de la captura de CO₂, su capacidad para interactuar selectivamente con gases, líquidos y sólidos es crucial. Una ventaja clave del uso de canicas líquidas es su tamaño y forma, porque miles de partículas esféricas de sólo milímetros de tamaño se pueden instalar directamente en grandes reactores.

El gas del reactor golpea las canicas, donde se adhiere a la capa exterior de nanopartículas (en unproceso llamado “adsorción”). Luego, el gas reacciona con el líquido que contiene, separando el CO₂ y capturándolo dentro del mármol. Luego, podemos sacar este CO₂ y almacenarlo bajo tierra, y luego reciclar el líquido para su procesamiento futuro.

Este proceso puede ser una forma más rentable y en tiempo de capturar CO₂ debido, por ejemplo, al líquido (y potencialmente sólido), así como la alta resistencia mecánica, reactividad, tasas de sorción y estabilidad a largo plazo de los mármoles.

Entonces, ¿qué nos detiene?

A pesar de los recientes avances, muchas propiedades de los mármoles líquidos siguen siendo difíciles de alcanzar. Es más, actualmente la única forma de probar canicas líquidas es mediante experimentos físicos realizados en un laboratorio.

Los experimentos físicos tienen sus limitaciones, como la dificultad para medir la tensión superficial y el área superficial, que son indicadores importantes de la reactividad y estabilidad del mármol.

En este contexto, nuestro nuevo modelado computacional puede mejorar nuestra comprensión de estas propiedades y puede ayudar a superar el uso de procedimientos experimentales costosos y que requieren mucho tiempo.

Otro desafío es desarrollar enfoques prácticos, rigurosos y a gran escala para manipular matrices de mármol líquido dentro del reactor. Otros modelos computacionales en los que estamos trabajando actualmente tendrán como objetivo analizar los cambios tridimensionales en las formas y la dinámica de las canicas líquidas, con mayor comodidad y precisión.

Esto abrirá nuevos horizontes para una infinidad de aplicaciones de ingeniería, incluida la captura de CO₂.

Más allá de la captura de carbono

La investigación sobre las canicas líquidas comenzó como un tema de curiosidad hace unos 20 años y, desde entonces, la investigación continua lo ha logrado. una plataforma muy solicitada con aplicaciones más allá de la captura de carbono.

Esta tecnología de vanguardia no solo podría cambiar la forma en que solucionamos los problemas climáticos, sino también los problemas ambientales y médicos.

Las canicas líquidas magnéticas, por ejemplo, han demostrado su potencial en procedimientos biomédicos, como la administración de medicamentos, debido a su capacidad de abrirse y cerrarse mediante imanes fuera del cuerpo. Otras aplicaciones de los mármoles líquidos incluyen la detección de gases, la detección de acidez y la detección de contaminación.

Con más modelos y experimentos, el siguiente paso lógico sería ampliar esta tecnología para su uso generalizado.

La conversación, 8 de diciembre

Autores

Charith Rathnayaka, Universidad de Sunshine Coast;

Emilie Sauret, Universidad Tecnológica de Queensland;

Nam-Trung Nguyen, Universidad Griffith;

Yuantong Gu, Universidad Tecnológica de Queensland