Um novo sistema desenvolvido por engenheiros químicos do MIT poderia fornecer uma maneira de remover continuamente o dióxido de carbono de um fluxo de gases residuais, ou mesmo do ar. O principal componente é uma membrana eletroquimicamente assistida, cuja permeabilidade ao gás pode ser ligada e desligada à vontade, usando nenhuma peça móvel e relativamente pouca energia.

As próprias membranas, feito de óxido de alumínio anodizado, têm uma estrutura semelhante a um favo de mel composta de aberturas hexagonais que permitem que as moléculas de gás fluam para dentro e para fora quando no estado aberto. Contudo, A passagem do gás pode ser bloqueada quando uma fina camada de metal é eletricamente depositada para cobrir os poros da membrana. O trabalho é descrito no jornal Avanços da Ciência , em um artigo do Professor T. Alan Hatton, pós-doutorado Yayuan Liu, e quatro outros.

Este novo mecanismo de "passagem de gás" pode ser aplicado à remoção contínua de dióxido de carbono de uma variedade de correntes de exaustão industrial e do ar ambiente, a equipe diz. Eles construíram um dispositivo de prova de conceito para mostrar esse processo em ação.

O dispositivo usa um material de absorção de carbono redox ativo, imprensado entre duas membranas comutáveis ​​de passagem de gás. O absorvente e as membranas de passagem estão em contato próximo um com o outro e são imersos em um eletrólito orgânico para fornecer um meio para os íons de zinco se moverem para frente e para trás. Essas duas membranas de passagem podem ser abertas ou fechadas eletricamente, trocando a polaridade de uma voltagem entre elas, fazendo com que os íons de zinco se movam de um lado para o outro. Os íons bloqueiam simultaneamente um lado, formando uma película metálica sobre ele, enquanto abre o outro, dissolvendo seu filme.

Quando a camada sorvente é aberta para o lado onde os gases residuais estão fluindo, o material absorve prontamente o dióxido de carbono até atingir sua capacidade. A tensão pode então ser trocada para bloquear o lado da alimentação e abrir o outro lado, onde um fluxo concentrado de dióxido de carbono quase puro é liberado.

Ao construir um sistema com seções alternadas de membrana que operam em fases opostas, o sistema permitiria a operação contínua em um ambiente como um depurador industrial. A qualquer momento, metade das seções estaria absorvendo o gás enquanto a outra metade o estaria liberando.

"Isso significa que você tem um fluxo de alimentação entrando no sistema em uma extremidade e o fluxo de produto saindo da outra em uma operação aparentemente contínua, "Hatton diz." Esta abordagem evita muitos problemas de processo "que estariam envolvidos em um sistema tradicional com várias colunas, em que leitos de adsorção precisam ser alternadamente desligados, expurgado, e depois regenerado, antes de ser exposto novamente ao gás de alimentação para iniciar o próximo ciclo de adsorção. No novo sistema, as etapas de purga não são necessárias, e todas as etapas ocorrem de forma limpa dentro da própria unidade.

A principal inovação dos pesquisadores foi usar a galvanoplastia como uma forma de abrir e fechar os poros de um material. Ao longo do caminho, a equipe tentou uma variedade de outras abordagens para fechar os poros de forma reversível em um material de membrana, como o uso de pequenas esferas magnéticas que podem ser posicionadas para bloquear aberturas em forma de funil, mas esses outros métodos não se mostraram eficientes o suficiente. Filmes finos de metal podem ser particularmente eficazes como barreiras de gás, e a camada ultrafina usada no novo sistema requer uma quantidade mínima do material de zinco, que é abundante e barato.

"Faz uma camada de revestimento muito uniforme com uma quantidade mínima de materiais, "Liu diz. Uma vantagem significativa do método de galvanoplastia é que uma vez que a condição é alterada, seja na posição aberta ou fechada, não requer entrada de energia para manter esse estado. A energia só é necessária para voltar novamente.

Potencialmente, tal sistema poderia dar uma contribuição importante para limitar as emissões de gases de efeito estufa na atmosfera, e até mesmo a captura direta de dióxido de carbono já emitido no ar.

Embora o foco inicial da equipe fosse o desafio de separar o dióxido de carbono de uma corrente de gases, o sistema pode realmente ser adaptado a uma ampla variedade de processos de separação e purificação química, Hatton diz.

"Estamos muito entusiasmados com o mecanismo de bloqueio. Acho que podemos usá-lo em uma variedade de aplicações, em diferentes configurações, "diz ele." Talvez em dispositivos microfluídicos, ou talvez pudéssemos usá-lo para controlar a composição do gás para uma reação química. Existem muitas possibilidades diferentes. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.