Desarrollan un nuevo material de captura de dióxido de carbono en condiciones de alta humedad

Capturar dióxido de carbono (CO2) en presencia de agua es uno de los grandes retos de las tecnologías actuales de descarbonización. El grupo Funimat (Functional Inorganic Materials Team) del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València (UV) ha desarrollado un nuevo material capaz de mantener su eficacia incluso en ambientes con alta humedad, una condición habitual en corrientes industriales reales.

Este avance ha sido reconocido con una ERC Proof of Concept, una ayuda específica del Consejo Europeo de Investigación (ERC en sus siglas en inglés), y permitirá acercar el material a su validación y aplicación industrial, subraya la institución académica en un comunicado.

El desarrollo se origina en la ERC LIVINGPORE, liderada por Carlos Martí Gastaldo, director del grupo y profesor del Departamento de Química Inorgánica de la UV, y tiene como objetivo avanzar desde la innovación generada en el laboratorio hacia su escalado, validación y potencial transferencia al mercado.

La ayuda se otorga a personal investigador que ya ha obtenido financiación principal del ERC (como Starting, Consolidator, Adavanced u otras) y que quiere explorar el potencial comercial o de impacto social de resultados de investigación pioneros que surgieron en su proyecto.

En condiciones controladas, muchos materiales pueden absorber dióxido de carbono. Sin embargo, el reto aparece cuando el CO2 se encuentra mezclado con otros componentes que interaccionan más fuertemente con el material, especialmente el vapor de agua. En esa competencia, el CO2 suele quedar desplazado, lo que reduce significativamente la capacidad de capturarlo y dificulta operar en entornos reales.

El material MUV-92 (MUV son los materiales de la Universitat de València) desarrollado en el marco del proyecto 'Livingpore', y sobre el que se centrará el proyecto 'Wetcap', destaca precisamente por su comportamiento en ambientes húmedos: mantiene una fracción muy elevada de su capacidad de captura de CO2 a medida que aumenta la humedad relativa, un atributo clave para aplicaciones donde la presencia de vapor de agua limita o encarece las tecnologías actuales.

Aunque el proyecto se desarrolla en el marco de la ERC Consolidator Livingpore, el resultado que da lugar a esta prueba de concepto no fue un objetivo inicial del proyecto.

Martí Gastaldo subraya el valor de este tipo de hallazgos en investigación: "Es un buen ejemplo de cómo la curiosidad puede abrir una vía de aplicación que no estaba prevista", explica.

El material surgió de exploraciones impulsadas por la curiosidad de la investigadora Ramón y Cajal Natalia Muñoz, y los doctorandos Víctor Carratalá y Clara Chinchilla, en el marco del trabajo metodológico de diseño de nuevos materiales porosos desarrollado en el proyecto. Solo más tarde se identificó su potencial para la captura de CO2 en condiciones de alta humedad.

Diseño químico específico

El material se basa en un diseño químico específico desarrollado por Funimat, relacionado con conectores tipo pirazol, empleado para la preparación de estructuras porosas avanzadas. A partir de este hallazgo, el equipo ha definido un nicho de aplicación claro: escenarios donde otros materiales punteros pierden rendimiento debido a la presencia de agua.

En palabras de Martí Gastaldo, esta aproximación conecta con una visión amplia del impacto de la investigación: "No creo en la dicotomía entre investigación básica y aplicada: generar conocimiento siempre es un avance; lo único que cambia es lo cerca o lejos que estamos de su aplicación".

En el campo de la captura de CO2 existen adsorbentes clásicos (como zeolitas o sílice) y materiales de tipo MOF más recientes con fuerte impacto científico e industrial. Sin embargo, muchos de ellos reducen significativamente su capacidad en presencia de agua.

La propuesta del ICMol se articula en tres indicadores principales: por una parte, la captura en alta humedad; la regeneración sencilla, ya que la interacción del CO2 con el material es lo suficientemente débil como para facilitar su liberación sin necesidad de ciclos térmicos intensivos; y la durabilidad en ciclos, dado que el material conserva su desempeño tras múltiples ciclos de captura y liberación.

Además, uno de los beneficios operativos más relevantes sería reducir o evitar etapas previas de secado del gas (upstream drying), habituales cuando la humedad compromete la captura. Eliminar esa etapa puede reducir inversión en equipos y costes recurrentes y mejora la viabilidad del proceso.

El equipo sitúa como casos especialmente relevantes aquellos procesos con corrientes muy húmedas, entre ellos: upgrading de biogás, donde interesa separar CO2 para enriquecer el metano; gases de fermentación y procesos biológicos asociados, por ejemplo en tratamiento de aguas, donde se generan mezclas con CO2 y metano en presencia de alta humedad; y por último, corrientes industriales tipo chimenea, donde la humedad forma parte habitual de la corriente real.

En paralelo, el desarrollo se apoya en la protección de resultados mediante patente y en una estrategia de explotación basada en licencias a start-ups académicas como la fundada por miembros de grupo Funimat (Porous Materials in Action) o partners industriales, con el objetivo de facilitar su futura transferencia y aplicación, una dimensión que, como subraya Carlos Martí Gastaldo, resulta clave en la investigación científica: "Ver que un resultado nacido de la curiosidad científica puede contribuir a resolver problemas reales es uno de los mayores valores de la investigación".