Fibras de celulosa contra el cambio climático

Captura de CO2 del aire de gran eficacia mediante aminas fijadas en los tejidos

26.04.2021 - Alemania

La protección del clima mundial es una empresa que plantea una gran tarea tanto a la industria como a la sociedad. No será posible alcanzar los objetivos climáticos simplemente limitando las emisiones globales, ahorrando dióxido de carbono (CO2). Esto se debe a que seguirá habiendo emisiones de CO2 inevitables que, sin embargo, tendrán que ser compensadas. Las salidas a esta desafortunada situación pueden ser medidas como la reforestación, el secuestro de carbono en el suelo o incluso la captura activa de CO2 del aire. En un proceso, se utilizan filtros especiales para eliminar el CO2 de la atmósfera. En el marco de un proyecto de investigación, el DITF está desarrollando materiales textiles para separar el CO2 del aire.

El CO2 puede fijarse de este modo a largo plazo y, por tanto, eliminarse permanentemente del ciclo climático. O puede utilizarse como materia prima para la producción de hidrocarburos neutros en CO2.

Aunque varias empresas ya compiten a nivel internacional para encontrar la mejor tecnología para extraer el CO2 del aire en grandes cantidades y de forma rentable, los aspectos económicos siguen obstaculizando el avance realmente grande: La pequeña proporción de CO2 en la atmósfera (0,04%) requiere que se bombeen enormes cantidades de aire a través de los filtros para filtrar una proporción significativa de CO2. A su vez, la separación del dióxido de carbono absorbido por los filtros requiere grandes cantidades de energía térmica. El funcionamiento económico no es posible en las condiciones actuales. Por lo tanto, en el futuro desarrollo de la separación del CO2 del aire, será necesario dar varias vueltas de tuerca para aumentar la eficacia tecnológica del proceso y minimizar el consumo de energía.

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"Capturar el CO2 del aire circundante y convertirlo directamente en productos útiles es exactamente lo que necesitamos para acercarnos a la neutralidad del carbono en el sector químico"

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Filtro de aire autosuficiente para la separación de CO2

Un proyecto de investigación conjunto del Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg, el DITF de Denkendorf, el Instituto de Investigación Energética y Medioambiental de Heidelberg y Mercedes-Benz AG de Sindelfingen tiene como objetivo realizar una captura de CO2 del aire mejorada y altamente eficiente utilizando aminas fijadas en los tejidos. El proceso se aplicará en un demostrador que puede funcionar de forma autónoma: el consumo de recursos se basará exclusivamente en electricidad renovable y calor residual, cubierto por energía solar o bombas de calor. El diseño especial del filtro de aire permitirá el funcionamiento continuo de la planta, a diferencia de los procesos ya establecidos. Esto mejora la escalabilidad a escala industrial.

Dentro de este proyecto de investigación conjunta de cuatro años, el DITF aporta sus muchos años de experiencia en el desarrollo de materiales de fibra basados en la celulosa. Se utilizarán como medios filtrantes en el demostrador. Basándose en los resultados de un proyecto de investigación anterior, en el que ya se había realizado un cribado de los posibles procesos para la eliminación del CO2 del aire y de los materiales absorbentes utilizados para ello, se eligieron materiales de fibra de celulosa para el actual proyecto de investigación.

Fibras de celulosa optimizadas de Denkendorf

Bajo la dirección del Dr. Frank Hermanutz, las fibras para los filtros se hilan en el Centro de Competencia de Materiales Biopolímeros y se modifican químicamente para que acoplen aminas a su superficie. Para ello se están desarrollando y optimizando nuevos procesos de hilado en las plantas piloto del DITF. Las aminas aseguran la unión temporal del CO2 al material filtrante. La ventaja de utilizar fibras de celulosa radica en la estructura abierta y permeable al aire de los materiales basados en fibras. No sólo permiten un gran caudal de aire, sino que también tienen una gran superficie específica, lo que resulta ventajoso para ligar los mayores volúmenes posibles de CO2. El objetivo de la modificación química de la celulosa será optimizar tanto la propia fibra como la unión de las aminas de forma que se aproveche al máximo la capacidad de adsorción de CO2.

En el diseño del filtro se persigue un concepto de ingeniería de procesos completamente nuevo: No se utiliza un filtro estático, como suele ser el caso, que tiene que ser horneado después de que los grupos aminos se hayan cargado completamente de CO2. En su lugar, el proceso de filtración se integra en un proceso de funcionamiento continuo que permite un funcionamiento continuo y con ahorro de energía. Si el sistema se conecta a las corrientes de aire existentes, como los sistemas de aire acondicionado de los edificios o el aire de salida, no es necesario utilizar ventiladores que consumen mucha energía.

El filtro está diseñado como un aparato de cinta especial en el que las fibras de celulosa se transforman en cintas interminables en forma de no tejidos. Estas cintas, al igual que una cinta transportadora, se desplazan sobre rodillos a través de la corriente de aire entrante y aglutinan allí el CO2. A continuación, las cintas se calientan en tres zonas de temperatura en un área de desorción separada espacialmente. Allí, el agua y el CO2 se separan de los grupos amino.

El proceso continuo que posibilitan las cintas no tejidas circulantes permite ahorrar costes y controlar el proceso con poco mantenimiento. Además de la extracción de CO2, la extracción separada de agua también representará un efecto sinérgico de gran valor: Dado que la planta ya está diseñada para un funcionamiento autosuficiente desde el punto de vista energético, en principio es posible hacerla funcionar en zonas con infraestructuras deficientes y escasez de agua. La captación de agua puede representar entonces un valor añadido nada desdeñable. El diseño como unidad de cinta facilita la ampliación del proceso a clases de rendimiento muy altas, ya que para ello es necesario sobre todo un aumento de la longitud de la cinta fácil de implementar.

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