Capturar dióxido de carbono (CO2) cuando hay agua presente sigue siendo uno de los mayores desafíos 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 diseñado un nuevo material que mantiene un rendimiento elevado incluso en condiciones de gran humedad, una situación muy habitual en corrientes industriales reales.
Este desarrollo ha sido distinguido con una ERC Proof of Concept, una ayuda específica del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés), que permitirá avanzar hacia su validación y futura implantación a escala industrial, según destaca la universidad en un comunicado.
El trabajo se enmarca en la ERC LIVINGPORE, dirigida por Carlos Martí Gastaldo, responsable del grupo y profesor del Departamento de Química Inorgánica de la UV. El propósito es dar el salto desde la innovación generada en el laboratorio hasta su escalado, validación y posible transferencia al mercado.
Esta ayuda está destinada a personal investigador que ya ha recibido financiación principal del ERC (Starting, Consolidator, Advanced u otras modalidades) y que pretende explorar el potencial comercial o el impacto social de resultados científicos pioneros surgidos en su proyecto.
En entornos controlados, numerosos materiales son capaces de adsorber dióxido de carbono. El problema aparece cuando el CO2 se encuentra acompañado de otros componentes que se enlazan con más fuerza al material, en particular el vapor de agua. En esa competencia, el CO2 suele quedar desplazado, lo que merma de forma notable la capacidad de captura y complica su uso en condiciones reales.
El material MUV-92 (MUV identifica los materiales desarrollados en la Universitat de València), creado en el marco del proyecto “Livingpore” y que será el eje del nuevo proyecto “Wetcap”, sobresale precisamente por su comportamiento en medios húmedos: conserva una fracción muy alta de su capacidad de captura de CO2 a medida que aumenta la humedad relativa, un rasgo esencial para aplicaciones donde la presencia de vapor de agua limita o encarece las tecnologías disponibles.
Aunque el proyecto se desarrolla dentro de la ERC Consolidator Livingpore, el resultado que ha dado pie a esta prueba de concepto no formaba parte de los objetivos iniciales.
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 nuevo material nació de las exploraciones impulsadas por la curiosidad de la investigadora Ramón y Cajal Natalia Muñoz y de los doctorandos Víctor Carratalá y Clara Chinchilla, dentro del trabajo metodológico de diseño de materiales porosos innovadores desarrollado en el proyecto. Solo más adelante se identificó su potencial para capturar CO2 en escenarios de alta humedad.
Diseño químico y nicho de aplicación
El material se basa en un diseño químico específico desarrollado por Funimat, asociado a conectores tipo pirazol empleados en la síntesis de estructuras porosas avanzadas. A partir de este descubrimiento, el equipo ha delimitado un nicho de uso muy concreto: situaciones en las que otros materiales de referencia ven reducido su rendimiento por la presencia de agua.
En palabras de Martí Gastaldo, esta estrategia enlaza con una visión amplia del papel de la ciencia: “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 ámbito de la captura de CO2 se emplean adsorbentes tradicionales (como zeolitas o sílice) y materiales de tipo MOF más recientes, con gran impacto tanto científico como industrial. Sin embargo, muchos de ellos pierden buena parte de su capacidad en presencia de humedad.
La propuesta del ICMol se articula alrededor de tres indicadores clave: la capacidad de captura en alta humedad; una regeneración sencilla, ya que la interacción del CO2 con el material es lo bastante débil como para permitir su liberación sin recurrir a ciclos térmicos intensivos; y la estabilidad en ciclos, dado que el material mantiene su rendimiento tras numerosas etapas de captura y desorción.
Uno de los beneficios operativos más relevantes sería minimizar o incluso eliminar las etapas previas de secado del gas (upstream drying), habituales cuando la humedad perjudica la captura. Suprimir esa fase puede recortar la inversión en equipos, reducir costes de operación y mejorar la viabilidad económica del proceso.
El equipo identifica como especialmente interesantes los procesos con corrientes muy húmedas, como el upgrading de biogás, donde es necesario separar CO2 para concentrar el metano; los gases de fermentación y otros procesos biológicos, por ejemplo en tratamiento de aguas, en los que se generan mezclas de CO2 y metano en presencia de alta humedad; y, por último, las corrientes industriales tipo chimenea, donde la humedad forma parte intrínseca del flujo real.
En paralelo, el desarrollo se acompaña de la protección de los resultados mediante patente y de una estrategia de explotación basada en licencias a start-ups académicas, como la creada por miembros del grupo Funimat (Porous Materials in Action), o a socios industriales, con el objetivo de facilitar su futura transferencia y uso. Esta dimensión, como destaca Carlos Martí Gastaldo, es esencial en la actividad 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”.