Las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas de biomasa, carbón y gas natural podrían reducirse con el uso de un filtro químico de base textil. Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte descubrieron que podían filtrar eficazmente el dióxido de carbono de las mezclas de aire y gas. La anhidrasa carbónica es una enzima natural que tiene la capacidad de acelerar la conversión de dióxido de carbono y agua en bicarbonato. Los investigadores utilizaron una solución que contenía una sustancia llamada quitosano, que actúa como pegamento, para adherir la enzima a una tela de algodón de dos capas. El bicarbonato se formó cuando el dióxido de carbono se combinó con el agua de la solución y la enzima.
Los resultados de las pruebas preliminares de laboratorio suponen un paso adelante en el desarrollo de un posible nuevo sistema de captura de carbono que podría reducir las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de biomasa, carbón o gas natural. Se necesitarían más de 10 millones de litros de gas de combustión por minuto para una operación a gran escala. Los investigadores están colaborando con otros para comparar su técnica con otras tecnologías similares que se están investigando. “El tejido le confiere estabilidad física y estructura, así como una enorme superficie en la que puede reaccionar con el dióxido de carbono”. Examinaron los filtros para comprobar los índices de captura de carbono, así como su resistencia tras cinco ciclos de lavado, secado y almacenamiento. También están trabajando en cómo reciclar el líquido a la salida del filtro, así como en cómo transformar el bicarbonato de nuevo en dióxido de carbono para poder almacenarlo y eliminarlo, o utilizarlo para otros usos comerciales. Según los investigadores, se necesitan nuevas tecnologías de captura de carbono que utilicen menos energía que los sistemas de captura de carbono comercializados actualmente, algunos de los cuales se limitan a filtrar el dióxido de carbono y devolverlo a la atmósfera.
El estudio, “Carbonic Anhydrase Immobilized on Textile Structured Packing Using Chitosan Entrapment for CO2 Capture” (Anhidrasa carbónica inmovilizada en un embalaje textil estructurado mediante el atrapamiento de quitosano para la captura de CO2) se publicó en línea en ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Entre los coautores se encuentra Yue Yuan, que completó su doctorado en el equipo de Salmon. El estudio fue apoyado por el Estado de Carolina del Norte y por la Alianza para la Energía Sostenible, contratista gestor y operador del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) para el Departamento de Energía de los Estados Unidos, a través de un proyecto financiado por la Oficina de Tecnologías de la Bioenergía (BETO), como una colaboración entre el NREL, el Estado de Carolina del Norte y el Centro de Investigación de Energía Aplicada de la Universidad de Kentucky, utilizando enzimas de Novozymes.
A continuación está el resumen del estudio
“Anhidrasa carbónica inmovilizada en un envoltorio textil estructurado mediante el atrapamiento de quitosano para la captura de CO2”
Autores: Jialong Shen, Yue Yuan y Sonja Salmon.
Publicado en ACS Sustainable Chemistry & Engineering el 1 de junio de 2022.
DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c02545
Resumen: Se necesitan urgentemente enfoques innovadores de captura de dióxido de carbono (CO2) para reducir y revertir las emisiones de CO2 que conducen al cambio climático. En este trabajo se presenta el diseño, la fabricación y el ensayo de contactores biocatalíticos de gas-líquido de alta eficiencia, basados en polímeros versátiles, sostenibles y fácilmente disponibles, como la celulosa y el quitosano, junto con la enzima anhidrasa carbónica (AC) inmovilizada, para acelerar la absorción de CO2 en disolventes acuosos benignos y de baja energía, basados en carbonato de potasio (K2CO3). Este novedoso embalaje estructurado es capaz de soportar el entorno de lavado de CO2, será sencillo de ampliar y será útil como “drop-in” para los sistemas convencionales de absorción química, además de ofrecer nuevas posibilidades para la captura directa de aire. La inmovilización de la AC en un revestimiento fino sobre las superficies de los embalajes textiles minimiza la necesidad de enzimas, retiene la enzima en el absorbedor para obtener un alto beneficio catalítico y una larga duración con un uso repetido, y permite la flexibilidad del proceso posterior al evitar que la AC se desplace a otras operaciones de la unidad, por ejemplo, la desorción a alta temperatura, donde la enzima podría inactivarse. La inmovilización de la AC en materiales de embalaje textil de fibra de algodón mediante el atrapamiento con quitosano mostró una recuperación de la actividad de al menos el 49% y retenciones de la actividad superiores al 68% después de 10 ciclos repetidos de lavado y reprueba durante 5 días y hasta el 41% después de 31 días de incubación en K2CO3 al 10% a 40 ℃. Los ligeros módulos de empaquetado textil biocatalítico son resistentes y fáciles de manejar, sin bordes afilados ni problemas de polvo como los que pueden acompañar a los empaquetados metálicos convencionales o a las enzimas inmovilizadas en partículas. En las pruebas de absorción de CO2 en contracorriente a escala de laboratorio, con flujos totales de gas de 4 litros por minuto, las empaquetaduras textiles inmovilizadas con CA ofrecieron eficiencias medias de absorción de CO2 del 52,3% y el 81,7%, para empaquetaduras simples y dobles, respectivamente, frente al 26,6% y el 46,4% de las empaquetaduras textiles de control sin enzimas, simples y dobles, y frente al 3,6% de los anillos Raschig de vidrio convencionales llenados hasta la altura equivalente de la empaquetadura simple. Las empaquetaduras textiles mostraron una excelente distribución del disolvente a lo largo de la empaquetadura, incluso a bajos caudales de líquido, manteniendo un contacto uniforme del gas con las superficies de contacto sólidas humedecidas a lo largo de un rango de diferentes caudales de líquido, lo que llevó a una sólida eficiencia de captura de CO2. La empaquetadura textil biocatalítica conservó el 66% del rendimiento inicial de captura de CO2 tras 5 ciclos de lavado, secado, almacenamiento a temperatura ambiente y nuevas pruebas durante un periodo de 66 días. En una prueba separada con una empaquetadura recién hecha, se observó una retención del 76,5% del rendimiento tras una prueba de longevidad de recirculación continua de 120 horas.