Una investigación logra un avance clave para capturar y retirar CO2 del aire y ayudar a frenar el cambio climático
El vanadio es un elemento químico tan llamativo visualmente (por sus espectaculares reflejos de colores) que recibió el nombre de una diosa. Pero el vanadio también muestra un nivel de reactividad perfecto -ni demasiado ni demasiado poco- que lo convierte en un firme candidato como herramienta de depuración del carbono.
La investigación realizada por científicos de la Universidad Estatal de Oregón ha demostrado la capacidad de las moléculas de peróxido de vanadio para reaccionar con el dióxido de carbono (CO2) y unirse a él, un paso importante hacia la mejora de las tecnologías de eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera.
La captura directa de carbono (DAC)
El estudio forma parte de un esfuerzo federal de 24 millones de dólares para desarrollar nuevos métodos de captura directa en el aire, o DAC, del dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero producido por la quema de combustibles fósiles y asociado al cambio climático.
Las instalaciones que filtran el carbono del aire han empezado a surgir en todo el mundo, pero aún están en pañales. Las tecnologías para mitigar el dióxido de carbono en el punto de entrada en la atmósfera, como en las centrales eléctricas, están más desarrolladas. Ambos tipos de captura de carbono serán probablemente necesarios si la Tierra quiere evitar las peores consecuencias del cambio climático, afirman los científicos.
En 2021, May Nyman, catedrática de Química Terence Bradshaw de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Oregón, fue elegida directora de uno de los nueve proyectos de captura directa en el aire financiados por el Departamento de Energía. Su equipo está estudiando cómo algunos complejos de metales de transición pueden reaccionar con el aire para eliminar el dióxido de carbono y convertirlo en un carbonato metálico, similar al que se encuentra en muchos minerales naturales.
Los metales de transición se encuentran cerca del centro de la tabla periódica y su nombre se debe a la transición de electrones de estados de baja energía a estados de alta energía y viceversa, lo que da lugar a colores característicos. Para este estudio, los científicos eligieron el vanadio, llamado así por Vanadis, antiguo nombre nórdico de la diosa escandinava del amor, de la que se decía que era tan bella que sus lágrimas se convertían en oro.
Nyman explica que el dióxido de carbono existe en la atmósfera con una densidad de 400 partes por millón. Eso significa que por cada millón de moléculas de aire, 400 son de dióxido de carbono, es decir, el 0,04%.
«El reto de la captura directa del aire es encontrar moléculas o materiales lo bastante selectivos para que otras reacciones con moléculas de aire más abundantes, como las reacciones con el agua, no compitan con la reacción con el CO2», explica Nyman. «Nuestro equipo sintetizó una serie de moléculas que contienen tres partes importantes para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, y que funcionan juntas».
El metal de la diosa del amor Vanadis
Una parte era el vanadio, llamado así por la gama de bellos colores que puede exhibir, y otra parte era el peróxido, que se unía al vanadio. Como una molécula de peróxido de vanadio tiene carga negativa, necesitaba cationes alcalinos para equilibrar la carga, explicó Nyman, y los investigadores utilizaron cationes alcalinos de potasio, rubidio y cesio para este estudio.
Añadió que los colaboradores también probaron a sustituir el vanadio por otros metales del mismo vecindario en la tabla periódica.
«El wolframio, el niobio y el tántalo no resultaron tan eficaces en esta forma química», dijo Nyman. «Por otro lado, el molibdeno era tan reactivo que a veces explotaba».
Además, los científicos sustituyeron los álcalis por amonio y tetrametilamonio, el primero de los cuales es ligeramente ácido. Esos compuestos no reaccionaron en absoluto, un enigma que los investigadores aún intentan comprender.
«Y cuando eliminamos el peróxido, tampoco hubo mucha reactividad», explica Nyman. «En este sentido, el peróxido de vanadio tiene un hermoso color púrpura que se vuelve dorado cuando se expone al aire y se une a una molécula de dióxido de carbono».
Señala que otra valiosa característica del vanadio es que permite una temperatura de liberación comparativamente baja, de unos 200 grados centígrados, para el dióxido de carbono capturado.
«Eso en comparación con los casi 700 grados Celsius que alcanza cuando se une a potasio, litio o sodio, otros metales utilizados para la captura de carbono», explica. «Poder volver a liberar el CO2 capturado permite reutilizar los materiales de captura de carbono, y cuanto menor sea la temperatura necesaria para ello, menos energía se necesitará y menor será el coste. Ya se están aplicando algunas ideas muy ingeniosas sobre la reutilización del carbono capturado: por ejemplo, canalizar el CO2 capturado a un invernadero para cultivar plantas».
REFERENCIA
Implementing vanadium peroxides as direct air carbon capture materials
