En la fotografía se muestra el dispositivo y esquema del módulo en espiral creado por investigadores de la Universidad de Delaware, el cual ha abierto nuevos caminos que acercan más las celdas de combustible ecológicas a la comercialización.
📷: Laboratorio Yan.
Los Investigadores de la UD informaron sobre el método hipereficiente en la eliminación del dióxido de carbono en el aire.
Los investigadores han demostrado una forma eficaz para capturar aproximadamente el 99% del dióxido de carbono del aire a través de un novedoso sistema electroquímico alimentado por hidrógeno.
Este es un significativo avance en la metodología de la captura de dióxido de carbono, además podría propiciar la creación de pilas de combustible más respetuosas con el medio ambiente.
Las pilas de combustible tienen su funcionamiento mediante la conversión de la energía química del combustible directamente en electricidad. Pueden ser usadas en el transporte, como vehículos híbridos o de cero emisiones.
La Imagen muestra el módulo enrollado en espiral, el cual captura hidrógeno y aire a través de 2 entradas separadas (izquierda) y emite dióxido de carbono y aire libre de dióxido de carbono (que se muestra a la derecha).
Posteriormente pasa por 2 membranas (en la imagen insertada a la derecha se muestra, en parte, cómo se mueven las moléculas dentro de la membrana en cortocircuito).
Yan, Presidente de Ingeniería Química y Biomolecular, ha estado trabajando durante algún tiempo en el mejoramiento de las celdas de combustible de membrana de intercambio de hidróxido (HEM), una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente respecto a las cotidianas celdas de combustible basadas en ácido que suelen ser utilizadas actualmente.
Sin embargo, las celdas de combustible HEM poseen una deficiencia que las mantiene fuera de la carretera: resultan ser extremadamente sensibles al dióxido de carbono en el aire. Básicamente, el dióxido de carbono genera dificultad en la respiración de una celda de combustible HEM.
Debido a esto, hay una reducción rápida en el rendimiento y la eficiencia de la celda de combustible hasta en un 20%, lo que propicia que la celda de combustible no sea superior que un motor de gasolina.
El grupo de investigación de Yan ha buscando una solución para este enigma del dióxido de carbono durante más de 15 años.
Hace algunos años, el equipo de investigadores se dió cuenta de que esta desventaja podría ser una solución en la eliminación del dióxido de carbono.
Brian Setzler, profesor asistente de investigación en ingeniería química y biomolecular y coautor del artículo, menciona:
“Una vez que profundizamos en el mecanismo, nos dimos cuenta de que las celdas de combustible estaban capturando casi todo el dióxido de carbono que entraba en ellas, y eran muy buenos para separarlo en el otro lado”.
Aunque esto no es bueno para la celda de combustible, el equipo comprendió rápidamente que si podían aprovechar este proceso de “autopurga” incorporado en un dispositivo separado, podría ser convertido en un separador de dióxido de carbono.
Yan señala:
“Resulta que nuestro enfoque es muy efectivo.
Podemos capturar el 99 % del dióxido de carbono del aire en una sola pasada si tenemos el diseño y la configuración correctos”.
Entonces, ¿cómo lograron hacerlo?
Encontraron una forma de incorporar la fuente de energía para la tecnología electroquímica dentro de la membrana de separación. El enfoque implicó cortocircuitar internamente el dispositivo.
Lin Shi, candidato a doctorado en el grupo Yan y autor principal del artículo, señala:
“Es arriesgado, pero logramos controlar esta celda de combustible en cortocircuito con hidrógeno. Y mediante el uso de esta membrana eléctrica interna en cortocircuito, pudimos deshacernos de los componentes voluminosos, como placas bipolares, colectores de corriente o cualquier cable eléctrico que normalmente encontrado en una pila de celdas de combustible”.
De esa forma el equipo de investigación tenía un dispositivo electroquímico que parecía una membrana de filtración normal hecha para separar gases, pero con la capacidad de recoger continuamente cantidades diminutas de dióxido de carbono del aire como un sistema electroquímico más complicado.
La imagen muestra el sistema electroquímico desarrollado por el grupo Yan. Dentro de la carcasa de metal cilíndrica resaltada que se muestra se encuentra el novedoso módulo enrollado en espiral del equipo de investigación. A medida que se alimenta hidrógeno al dispositivo, impulsa el proceso de eliminación de dióxido de carbono. El software de la computadora portátil traza la concentración de dióxido de carbono en el aire después de pasar por el módulo.
Los resultados del equipo de investigación mostraron que una celda electroquímica que mide 2 pulgadas por 2 pulgadas podría eliminar continuamente alrededor del 99% del dióxido de carbono que se encuentra en el aire que fluye a una velocidad de aproximadamente 2 litros por minuto.
Un prototipo de dispositivo en espiral temprano del tamaño de una lata de refresco de 12 onzas es capaz de filtrar 10 litros de aire por minuto y eliminar el 98% del dióxido de carbono, dijeron los investigadores.
Setzer agrega:
“Realizando una comparativa en una aplicación automotriz, el dispositivo tendría aproximadamente el tamaño de un galón de leche, también podría usarse para eliminar el dióxido de carbono en otros lugares”.
La tecnología patentada por UD podría generar la habilitación dispositivos de eliminación de dióxido de carbono más livianos y eficientes en naves espaciales o submarinos, donde la filtración continua es crítica.
“Tenemos diversas ideas para una hoja de ruta a largo plazo que realmente puede ayudarnos a llegar ahí”, menciona Setzler.
Shi añade:
“Dado que el sistema electroquímico funciona con hidrógeno, a medida que se desarrolla la economía del hidrógeno, este dispositivo electroquímico también podría usarse en aviones y edificios donde se desea la recirculación del aire como medida de ahorro de energía”.
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