Mármoles líquidos: una tecnología futurista de almacenamiento de carbono

La captura y almacenamiento de carbono (CAC) se ha promocionado, una y otra vez, como una de las tecnologías críticas que podrían ayudar a Australia a alcanzar sus objetivos climáticos, y figura en gran medida en el plan del gobierno federal para emisiones netas cero para 2050.

La CCS es generalmente cuando las emisiones se capturan en la fuente, como las de una central eléctrica de carbón, se transportan en camiones a una ubicación remota y se almacenan bajo tierra.

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

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

Investigaciones emergentes muestran que las “canicas líquidas”, pequeñas gotas recubiertas con nanopartículas, posiblemente podrían abordar los desafíos actuales en los materiales utilizados para capturar carbono. Y  nuestra investigación de modelado , 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 australiano considera que la tecnología CCS es una tecnología prioritaria de bajas emisiones y estará invirtiendo  A $ 300 millones durante diez años para desarrollarla.

Pero la eficacia y eficiencia de CCS ha sido controvertida durante mucho tiempo debido a sus altos costos operativos y problemas de ampliación para una aplicación más amplia.

Un problema continuo, más específicamente, es la eficacia de los materiales utilizados para capturar el CO₂, como los absorbentes. Un ejemplo es el llamado " lavado de amina", un método utilizado desde 1930 para separar, por ejemplo, el CO₂ del gas natural y el hidrógeno.

Los problemas con el 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, más comúnmente agua o alcohol, está en la escala de microlitros (un microlitro es una milésima de mililitro).

Los mármoles tienen una capa exterior de nanopartículas que forman una capa flexible y porosa, evitando que el líquido del interior se filtre. 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, rodar suavemente y pueden apilarse unas encima de otras.

Otras propiedades deseables incluyen resistencia a la contaminación, baja fricción y manipulación flexible, lo que las hace atractivas para aplicaciones como captura de carbono, 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 fundamental. Una ventaja clave del uso de mármoles líquidos es su tamaño y forma, porque miles de partículas esféricas de solo 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 la nanopartícula (en un proceso llamado "adsorción"). El gas luego reacciona con el líquido dentro, separando el CO₂ y capturándolo dentro de la canica. Más tarde, 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 reciclaje de líquidos (y potencialmente sólidos), así como a la alta resistencia mecánica, reactividad, tasas de sorción y estabilidad a largo plazo de las canicas.

Entonces, ¿qué nos detiene?

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

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

En este contexto, nuestro nuevo  modelo computacional  puede mejorar nuestra comprensión de estas propiedades y puede ayudar a superar el uso de procedimientos de experimentación 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. El modelado computacional adicional en el que estamos trabajando actualmente tendrá 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 gran variedad de aplicaciones de ingeniería, incluida la captura de CO₂.

Más allá de la captura de carbono

La investigación sobre mármoles líquidos comenzó como un tema curioso hace unos 20 años y, desde entonces, la investigación en curso la ha convertido en una plataforma codiciada con aplicaciones más allá de la captura de carbono.

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

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

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

Este artículo fue escrito por Charith Rathnayaka, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Sunshine Coast; Emilie Sauret, profesora de la Universidad Tecnológica de Queensland; Nam-Trung Nguyen, profesor y director del Centro de Micro y Nanotecnología de Queensland en la Universidad de Griffith; y Yuantong Gu , profesor de sistemas mecánicos y gestión de activos en la Universidad Tecnológica de Queensland. Se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Artículo en inglés