Laboratorio investiga tecnologías innovadoras para capturar y utilizar CO2
Espacio recién inaugurado en Poli-USP busca crear alternativas de alta presión más sostenibles y económicas
Es necesario actualizar los procesos tradicionales de captura y transformación del dióxido de carbono (CO2), principal causa del calentamiento global y del cambio climático. Esta es la opinión de Claudio Oller, profesor del Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP) y coordinador del recién inaugurado Laboratorio de Alta Presión que funciona allí. Uno de los focos del laboratorio, que forma parte del Centro de Investigación para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), es crear alternativas más sostenibles y económicas para este fin mediante el uso de procesos químicos y biológicos de alta presión.
Entre las iniciativas en marcha se encuentra el Proyecto de Bioconversión de CO2 en estado supercrítico por bacterias antárticas, liderado por Oller. “En el laboratorio trabajamos con sedimentos del fondo del mar Antártico, formados por la abrasión de los glaciares con rocas continentales y ricos en microorganismos, como bacterias, algunas de ellas de hasta 20 mil años”, dice Oller. Este material fue recopilado por uno de los investigadores del Proyecto, Arthur Ayres, profesor de la Universidad Federal Fluminense (UFF) y participante del Programa Antártico de la Armada de Brasil (PROANTAR).
En el laboratorio, estos sedimentos serán sometidos a una serie de pruebas, algunas de ellas en reactores especialmente desarrollados para el Proyecto. “El objetivo es comprobar cómo se comportan estos microorganismos ante variaciones de presión extremadamente grandes, sin luz y en presencia de CO2 en estado supercrítico, que es un estado especial entre líquido y gas, que se obtiene mediante alta presión”, añade Oller.
Estas condiciones extremas también se dan en las cuevas marinas subterráneas que se construirán en el presal brasileño y se utilizarán para almacenar el CO2 resultante de la producción de petróleo. Así, el CO2 se almacena en estado supercrítico para tener un menor volumen en cavernas de sal. «Esta es una de las formas más eficaces de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, pero aún no se sabe qué efectos a largo plazo pueden tener estas reservas de CO2 en el medio ambiente, por no hablar del riesgo de fugas», afirma Oller.
El investigador destaca que la prospección de estos microorganismos en el laboratorio puede contribuir a encontrar una solución para almacenar CO2 en cuevas profundas. “En el futuro se podrían inyectar en estos reservorios microorganismos que tienen una enorme capacidad para metabolizar el CO2. El objetivo es que transformen el CO2 de un estado supercrítico a uno sólido, lo que evitaría fugas. Además, podrían generar otros productos a partir del CO2, como hidrocarburos y alcohol. En el laboratorio estamos investigando la viabilidad científica y económica de este proceso”.
Otro de los proyectos que se desarrollarán en el laboratorio es Nuevas tecnologías para la captura de CO2: disolventes eutécticos profundos (DES) para la captura de CO2 y materiales nanoestructurados para la separación de gases (materiales avanzados para membranas). “La palabra clave de este proyecto es la selectividad: nuestro objetivo es intentar mejorar los filtros de captura de CO2 que ya están utilizando las industrias. Esto se debe a que, para transformar el CO2 en otras materias primas, como el alcohol, el carbono necesita ser puro”, explica Caetano Rodrigues Miranda, profesor del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y uno de los Coordinadores del Proyecto.
Miranda explica que el Proyecto trabaja desde dos ángulos diferentes: “Atacan el mismo problema de diferentes maneras”. Se desarrollan disolventes eutécticos profundos (DES). Reinaldo Camino Bazito, profesor del Instituto de Química de la USP (IQ-USP) y también uno de los coordinadores del proyecto, afirma que “hoy, la principal tecnología de captura de CO2 utiliza aminas. Sin embargo, este proceso implica cantidades sustanciales de energía eléctrica. Otra opción es utilizar líquidos iónicos, pero la síntesis de carbono es relativamente cara y no siempre adecuada para todos los casos. De ahí la necesidad de buscar alternativas para mejorar este proceso, incluso desde el punto de vista económico”.
Bazito dice que el objetivo del proyecto es hacer que el DES sea capaz de capturar preferentemente CO2 a través de alta presión. “Para ello utilizaremos polímeros pequeños, de menor escala y también hiperramificados. Ambos son capaces de provocar enormes interacciones con el carbono”, agrega el especialista, que forma parte del Grupo de Química Verde y Ambiental de la USP. «Esta alternativa es mucho más barata que las aminas, por ejemplo, porque no requiere el uso de cantidades sustanciales de energía».
Otro aspecto del Proyecto es el desarrollo de membranas, mediante un proceso guiado por modelado computacional. Miranda explica que “las membranas funcionan como filtros capaces de separar el CO2 y otras moléculas de gases, como el nitrógeno, que quedan retenidas en estas membranas. Pueden trabajar a altas o bajas temperaturas, dependiendo del material que forme la membrana. Otro objetivo del proyecto es identificar las mejores condiciones operativas para estos materiales”.
Para comprender los procesos que ocurren a nivel molecular, los investigadores se apoyarán en herramientas tecnológicas. La realidad virtual permite a los investigadores monitorear la interacción entre átomos y moléculas en tiempo real. “El Proyecto implica mucho poder crear modelos para realizar simulaciones. Por ejemplo, es posible seleccionar el material prioritario antes de iniciar el experimento, que es la parte más cara del proceso. Con este cribado computacional es posible seleccionar los sistemas más importantes que merecen ser resaltados”, afirma Miranda.
Según los expertos, tanto el DES como las membranas pueden utilizarse en industrias que son grandes emisoras de CO2, como las siderúrgicas, cementeras y de caña de azúcar. Miranda afirma que “Cada una de estas opciones tiene aplicaciones específicas y hay que evaluar cuál se adapta mejor a la realidad de la empresa”.
El objetivo del Proyecto es ofrecer otra alternativa para solucionar este problema, ya que la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera ha ido creciendo continuamente y se espera que aumente aún más en los próximos años”, afirma Bazito. “Una vez aislado el CO2, será posible pasar a otra fase de creación de un círculo virtuoso, que es transformar el carbono en otras materias primas. pero esta fase será desarrollada por otro Proyecto dentro del propio RCGI. Nuestro Proyecto es un trampolín para que esto suceda”.
Con un perfil multidisciplinar, el Proyecto tendrá una duración de cuatro años e involucrará a un equipo de alrededor de 20 investigadores de áreas como la química, la física y la ingeniería de producto. «Es un enfoque integrado», dice Bazito.
Miranda coincide con él y destaca: “Un punto crucial del Proyecto y del RCGI en su conjunto es la formación de recursos humanos, ya que ésta es un área de investigación en la que Brasil todavía necesita grandes inversiones. Esta inversión es cada vez más necesaria para el bienestar del planeta”.
