Una batería de níquel podría reducir el coste energético de capturar CO2 directamente del aire

Capturar dióxido de carbono (CO2) directamente del aire requiere energía, y reducir ese consumo es uno de los principales retos para que esta tecnología pueda desplegarse a gran escala. Investigadores de la Universidad de Delaware y de RepAir DAC Ltd. han desarrollado ahora un sistema basado en una batería de hidróxido de níquel que utiliza electricidad para capturar y liberar el CO2, evitando los procesos de calentamiento y enfriamiento empleados habitualmente por otras tecnologías de captura directa de aire.

La captura directa de aire, conocida como DAC por sus siglas en inglés, consiste en hacer pasar aire por un material capaz de retener el CO2. Una vez capturado, el dióxido de carbono debe separarse de ese material para poder almacenarlo o utilizarlo posteriormente.

En muchos de los sistemas existentes, esta separación se consigue calentando el material que ha atrapado el CO2. Después hay que volver a enfriarlo para iniciar un nuevo ciclo. Este proceso, que se repite continuamente, consume grandes cantidades de energía y encarece la captura.

La propuesta desarrollada por los investigadores sustituye ese proceso térmico por electricidad. El objetivo es que la energía necesaria para capturar y liberar el CO2 pueda proceder además de fuentes renovables, como la energía solar o la eólica.

"La captura electroquímica de carbono es una solución prometedora de bajo coste energético para la captura directa de aire mediante el uso de electricidad renovable y evitando la sorción térmica tradicional, intensiva en energía", explican los investigadores en su estudio.

Una batería que captura y libera el CO2

El sistema funciona de forma similar a una batería. Cuenta con dos electrodos fabricados con hidróxido de níquel y una membrana situada entre ellos que permite el movimiento de determinadas partículas cargadas eléctricamente.

Al aplicar electricidad, se producen las reacciones químicas necesarias para capturar el CO2 presente en el aire y, posteriormente, liberarlo de forma concentrada para poder recogerlo.

Una de las principales ventajas del sistema es precisamente que no necesita calentarse y enfriarse continuamente para realizar estas dos operaciones. Esto puede reducir la energía necesaria para el proceso y facilitar su funcionamiento con electricidad procedente de fuentes renovables.

Los investigadores construyeron primero un prototipo de laboratorio con una superficie de trabajo de 25 centímetros cuadrados. El dispositivo funcionó durante 5.000 horas, lo que permitió comprobar su durabilidad en condiciones de laboratorio.

Posteriormente, el equipo probó una versión de mayor tamaño durante 48 horas. Este prototipo, formado por un conjunto de celdas electroquímicas de 9 por 300 centímetros, consumió 0,83 MWh de electricidad por cada tonelada de CO2 capturada.

El sistema alcanzó además una capacidad de captura equivalente a 75 kilos de CO2 por metro cuadrado y año y cumplió el requisito de una pérdida de presión de 300 pascales, un parámetro importante en las instalaciones DAC porque determina, entre otras cosas, la energía necesaria para hacer pasar grandes cantidades de aire por el sistema.

El reto de reducir el coste

Además de comprobar el funcionamiento del dispositivo, los investigadores han calculado cómo podría evolucionar su coste a medida que la tecnología aumente de escala y se produzcan más unidades. Sus estimaciones apuntan a que el coste de captura podría llegar a situarse por debajo de los 100 dólares por tonelada de CO2.

Esta cifra es todavía una estimación y el sistema necesita superar nuevas fases de desarrollo antes de determinar si puede competir a escala comercial. Entre los principales retos se encuentran aumentar el tamaño de los equipos, mantener su rendimiento durante periodos prolongados y comprobar su funcionamiento en condiciones reales.

La investigación destaca que varias tecnologías de captura electroquímica han demostrado resultados prometedores, pero todavía son pocas las que han conseguido combinar un consumo energético reducido, una elevada durabilidad y una captura y purificación eficiente del CO2, además de demostrar que pueden ampliarse a instalaciones de mayor tamaño.

Si esta tecnología consigue avanzar hasta su comercialización, podría utilizarse junto con electricidad de bajas emisiones y sistemas de almacenamiento permanente de CO2. De esta forma, el dióxido de carbono retirado de la atmósfera podría quedar almacenado durante largos periodos, convirtiendo la captura directa de aire en una herramienta adicional para reducir la concentración de CO2 y combatir el cambio climático.