Pesquisadores desenvolveram uma nova tecnologia de membrana que permite a remoção mais eficiente de dióxido de carbono (CO₂ ) de gases mistos, como emissões de usinas de energia.
"Para demonstrar a capacidade de nossas novas membranas, analisamos misturas de CO₂ e nitrogênio, porque CO₂ /misturas de dióxido de nitrogênio são particularmente relevantes no contexto da redução das emissões de gases de efeito estufa de usinas de energia", diz Rich Spontak, co-autor correspondente de um artigo sobre o trabalho. "E nós demonstramos que podemos melhorar muito a seletividade das membranas para remover CO₂ enquanto retém CO₂ relativamente alto permeabilidade."

"Nós também analisamos misturas de CO₂ e metano, que é importante para a indústria de gás natural", diz Spontak, que é um distinto professor de engenharia química e biomolecular e professor de ciência e engenharia de materiais na North Carolina State University. "Além disso, esses CO₂ -as membranas filtrantes podem ser usadas em qualquer situação em que seja necessário remover CO₂ de gases mistos - seja uma aplicação biomédica ou depuração de CO₂ do ar em um submarino."

As membranas são uma tecnologia atraente para remover CO₂ a partir de gases mistos porque não ocupam muito espaço físico, podem ser fabricados em uma ampla variedade de tamanhos e podem ser facilmente substituídos. A outra tecnologia que é frequentemente usada para CO₂ a remoção é a absorção química, que envolve o borbulhar de gases misturados através de uma coluna que contém uma amina líquida—que remove CO₂ do gás. No entanto, as tecnologias de absorção têm uma pegada significativamente maior e as aminas líquidas tendem a ser tóxicas e corrosivas.

Esses filtros de membrana funcionam permitindo CO₂ atravessar a membrana mais rapidamente do que os outros constituintes do gás misturado. Como resultado, o gás que sai do outro lado da membrana tem uma proporção maior de CO₂ do que o gás que entra na membrana. Ao capturar o gás que sai da membrana, você captura mais CO₂ do que você faz dos outros gases constituintes.

Um desafio de longa data para essas membranas tem sido uma troca entre permeabilidade e seletividade. Quanto maior a permeabilidade, mais rapidamente você pode mover o gás através da membrana. Mas quando a permeabilidade aumenta, a seletividade diminui - o que significa que o nitrogênio, ou outros constituintes, também passam pela membrana rapidamente - reduzindo a proporção de CO₂ a outros gases da mistura. Em outras palavras, quando a seletividade diminui, você captura relativamente menos CO₂ .

A equipe de pesquisa, dos EUA e da Noruega, abordou esse problema cultivando cadeias poliméricas quimicamente ativas que são hidrofílicas e CO₂ -fílico na superfície das membranas existentes. Isso aumenta o CO₂ seletividade e causa relativamente pouca redução na permeabilidade.

"Em suma, com pouca mudança na permeabilidade, demonstramos que podemos aumentar a seletividade em cerca de 150 vezes", diz Marius Sandru, co-autor correspondente do artigo e pesquisador sênior da SINTEF Industry, uma pesquisa independente organização na Noruega. "Então, estamos capturando muito mais CO₂ , em relação às outras espécies em misturas de gases."

Outro desafio enfrentado pela membrana CO₂ filtros foi custo. Quanto mais eficazes as tecnologias de membranas anteriores eram, mais caras elas tendiam a ser.

"Como queríamos criar uma tecnologia comercialmente viável, nossa tecnologia começou com membranas que já estão em uso generalizado", diz Spontak. "Em seguida, projetamos a superfície dessas membranas para melhorar a seletividade. E embora isso aumente o custo, achamos que as membranas modificadas ainda serão econômicas".

"Nossos próximos passos são ver até que ponto as técnicas que desenvolvemos aqui podem ser aplicadas a outros polímeros para obter resultados comparáveis ​​ou até superiores; e aprimorar o processo de nanofabricação", diz Sandru. "Honestamente, embora os resultados aqui tenham sido nada menos que empolgantes, ainda não tentamos otimizar esse processo de modificação. Nosso artigo relata resultados de prova de conceito."

Os pesquisadores também estão interessados ​​em explorar outras aplicações, como se a nova tecnologia de membranas poderia ser usada em dispositivos de ventilação biomédica ou dispositivos de filtragem no setor de aquicultura.

Os pesquisadores dizem que estão abertos a trabalhar com parceiros do setor na exploração de qualquer uma dessas questões ou oportunidades para ajudar a mitigar as mudanças climáticas globais e melhorar a função do dispositivo.

O artigo é publicado na revista Science . + Explorar mais

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