Investigadores del MIT desarrollan un nuevo método para extraer dióxido de carbono del agua de mar

A medida que el dióxido de carbono continúa acumulándose en la atmósfera de la Tierra, los equipos de investigación de todo el mundo han pasado años buscando formas de eliminar el gas del aire de manera eficiente. Mientras tanto, el océano es el principal «sumidero» del mundo para el dióxido de carbono de la atmósfera, absorbiendo aproximadamente del 30 al 40 por ciento de todos los gases producidos por las actividades humanas.

Recientemente, la posibilidad de eliminar el dióxido de carbono directamente de las aguas oceánicas ha surgido como otra posibilidad prometedora para la mitigación del dióxido de carbono.₂ emisiones, que algún día podrían conducir a emisiones netas negativas. Pero, al igual que los sistemas de captura de aire, la idea aún no ha llevado a un uso generalizado, aunque hay algunas empresas que intentan ingresar al campo.

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts dice que puede haber encontrado la clave para un mecanismo de eliminación verdaderamente efectivo y económico. Los resultados se publican en la revista Ciencias de la energía y del medio ambienteY En un artículo escrito por profesores del MIT T Alan Hutton, Kripa Varanasi, el investigador postdoctoral Seoni Kim y los estudiantes graduados Michael Nietzsche, Simon Rover y Jack Lake.

Los métodos existentes para eliminar el dióxido de carbono del agua de mar utilizan un voltaje a través de una pila de membranas para acidificar la corriente de alimentación mediante la separación del agua. Esto convierte el bicarbonato en el agua en moléculas de dióxido de carbono.₂, que luego se puede eliminar en el vacío. Hutton señala que las membranas son costosas y se requieren productos químicos para impulsar las reacciones generales de los electrodos en cada extremo de la pila, lo que aumenta el costo y la complejidad de los procesos. «Queríamos evitar la necesidad de introducir productos químicos en las medias celdas del ánodo y el cátodo y evitar el uso de membranas en la medida de lo posible», dice.

El equipo ideó un proceso reversible que consiste en celdas electroquímicas sin membrana. Los electrodos reactivos se utilizan para liberar protones en el agua de mar que alimentan las células, lo que libera dióxido de carbono disuelto en el agua. El proceso es cíclico: primero acidifica el agua para convertir el bicarbonato inorgánico disuelto en dióxido de carbono molecular, que se recoge como gas al vacío. Luego, el agua se alimenta a un segundo conjunto de celdas con un voltaje inverso, para recuperar los protones y convertir el agua ácida en alcalina antes de liberarla nuevamente al mar. Periódicamente, las funciones de las dos celdas se invierten una vez que un conjunto de electrodos se agota de protones (durante la acidificación) y el otro se repone durante la alcalinización.

Eliminar el dióxido de carbono y reinyectar lentamente aguas alcalinas puede comenzar, al menos localmente, a revertir la acidificación del océano que ha resultado de la acumulación de dióxido de carbono, que a su vez ha amenazado a los corales y los mariscos, dice Varanasi, profesor de ingeniería mecánica. Dicen que la reinyección de agua alcalina podría hacerse a través de salidas esporádicas o en alta mar para evitar un aumento alcalino local que podría alterar los ecosistemas.

«No vamos a poder abordar las emisiones de todo el planeta», dice Varanasi. Pero, en algunos casos, la reinyección se puede realizar en lugares como piscifactorías, que tienden a acidificar el agua, por lo que esta puede ser una forma de ayudar a contrarrestar este efecto.

Una vez que se ha eliminado el dióxido de carbono del agua, aún debe eliminarse, al igual que con otros procesos de eliminación de carbono. Por ejemplo, puede enterrarse en formaciones geológicas en las profundidades del lecho marino, o puede convertirse químicamente en un compuesto como el etanol, que puede usarse como combustible para el transporte, o en otros productos químicos especiales. «Ciertamente puede considerar usar dióxido de carbono capturado₂ Como materia prima para producir productos químicos o materiales, pero no podrá usarlo como materia prima «, dice Hutton. «Te quedarás sin mercados para todos los productos que produzcas, así que no importa qué, hay una cantidad significativa de dióxido de carbono capturado₂ Debería enterrarse bajo tierra».

Al menos inicialmente, la idea sería conectar estos sistemas a la infraestructura existente o planificada que ya trata el agua de mar, como las plantas de desalinización. «Este sistema es escalable para que podamos integrarlo potencialmente en los procesos existentes que ya procesan el agua del océano o entran en contacto con el agua del océano», dice Varanasi. Allí, la eliminación de dióxido de carbono podría ser una simple adición a los procesos existentes, que ya devuelven grandes cantidades de agua al mar, y no requerirían consumibles como aditivos químicos o membranas.

“Con las plantas desaladoras, ya bombeas toda el agua, así que ¿por qué no estar ahí?”. Varanasi dice. «Una combinación de los costos de capital asociados con la forma en que se transporta el agua, los permisos, todo eso realmente se puede solucionar».

El sistema también podría ser implementado por los barcos que tratan el agua mientras viajan, para ayudar a mitigar la contribución significativa del tráfico de barcos a las emisiones totales. Ya existen mandatos internacionales para reducir las emisiones del transporte marítimo, «y esto podría ayudar a las compañías navieras a compensar algunas de sus emisiones y convertir a los barcos en depuradores de océanos», dice Varanasi.

El sistema también se puede implementar en sitios como plataformas de perforación en alta mar o en granjas acuícolas. En última instancia, podría conducir al despliegue de plantas de eliminación de carbono independientes distribuidas a nivel mundial.

El proceso puede ser más eficiente que los sistemas de captura de aire, dice Hutton, porque la concentración de dióxido de carbono en el agua de mar es 100 veces mayor que en el aire. En los sistemas de captura directa de aire, primero es necesario capturar y concentrar el gas antes de recuperarlo. «Sin embargo, los océanos son grandes sumideros de carbono, por lo que el paso de captura ya está hecho para ti», dice. “No hay movimiento de captura, solo liberación”. Esto significa que los volúmenes de material a manejar son mucho más pequeños, lo que agiliza todo el proceso y reduce los requisitos de espacio.

La investigación está en curso, con el objetivo de encontrar una alternativa al paso actual que requiere vacío para eliminar el dióxido de carbono separado del agua. Otra necesidad es definir estrategias operativas para evitar la deposición de metales que pueden contaminar los electrodos en la celda alcalina, un problema inherente que reduce la eficiencia general en todos los métodos informados. Hutton señala que se ha avanzado mucho en estos temas, pero aún es demasiado pronto para informar. El equipo espera tener el sistema listo para un proyecto de demostración funcional en unos dos años.

«El problema del dióxido de carbono es el problema que define nuestra vida y existencia», dice Varanasi. «Obviamente, necesitamos toda la ayuda que podamos obtener».