Conversión de emisiones de carbono en nanofibras sólidas

La fibra de carbono que conocemos y usamos hoy existe desde finales de la década de 1970, pero eso no significa que la innovación terminó ahí. Las aplicaciones de fibra de carbono comenzaron en el mercado aeroespacial de gama alta y se expandieron a equipos deportivos, fabricación de automóviles, turbinas eólicas y aplicaciones más generales.

Desde entonces, se han desarrollado fibras de carbono más nuevas que constan de hasta un 95 % de carbono y tienen mayor resistencia a la tracción (es decir, la resistencia de un material bajo tensión) y elasticidad en comparación con las versiones anteriores. Y no se ha detenido ahí. ¿Qué pasaría si dijéramos que puede tomar dos de los gases que causan el calentamiento global, el dióxido de carbono (CO2) y el metano, y procesarlos en un sólido para usarlo en una variedad de aplicaciones? Bueno, eso es exactamente lo que está haciendo Carbonova.

Bloqueo de emisiones de carbono en nanofibras de carbono sólidas

Carnova es una empresa de «tecnología profunda» que persigue la producción de nanofibras de carbono superiores de alto volumen para usar en aplicaciones de mercado masivo. Desarrollaron un proceso catalítico químico para convertir el dióxido de carbono y el metano combinados con el calor residual en nanofibras de carbono de alta resistencia, lo que permitió a las industrias utilizar los gases de efecto invernadero como materia prima y convertirlos en un producto sólido sostenible y valioso.

La Dra. Mina Zarabian estaba cursando su doctorado en la Universidad de Calgary en Alberta, Canadá, bajo la supervisión del Dr. Pedro Pereira Alamo, experto en catalizadores de renombre mundial. Trabajó con un material que no estaba a la altura de su propósito. Este material era altamente reactivo con el CO2, por lo que no podía realizar su función original. Ella y su asesor se dieron cuenta de que podían catalizar el CO2 y reformarlo en carbono sólido, pero no estaban seguros de los beneficios económicos.

“Después de nuestro diseño inicial, entendimos que este proceso es más que un basurero de CO2”, dice Zarabian. “Después de una microscopía detallada, comprendimos que estamos produciendo nanofibras de carbono, un material que se sabe que es 40 veces más fuerte y cuatro veces más liviano que el acero. Tiene otras propiedades como la conductividad eléctrica y la estabilidad térmica, y crea una nueva categoría de material con múltiples funcionalidades”.

La tecnología Carbonova comienza con CO2 y metano, dos gases de efecto invernadero. Según la compañía, el metano tiene 30 veces más impacto en el calentamiento global que el CO2, y anualmente se queman 140 mil millones de metros cúbicos a la atmósfera. La captura de metano en nanofibras de carbono abre puertas para reciclar aún más los gases de efecto invernadero de los vertederos, la biomasa y los depósitos de gas natural.

El ciclo de producción de Carnova está diseñado para ser energéticamente eficiente para recuperar el calor generado dentro de su propio proceso y utilizar el exceso de calor de otras instalaciones industriales, como centrales eléctricas, producción de cemento o refinerías. El proceso utiliza una química de superficie de catalizador patentada, que acelera las reacciones de forma selectiva y reduce el aporte de energía necesario para descomponer el CO2 y el metano y formar nanofibras de carbono.

Si bien ya existen nanofibras de carbono en el mercado, el proceso desarrollado por Carbonova tiene la posibilidad de reducir el precio y expandir las aplicaciones de las nanofibras, dice Zarabian.

La alta demanda de energía y el costo de las materias primas son los principales componentes del costo de la producción actual, y Carnova dice que su proceso resuelve ambos. Con aspectos similares a los procesos catalíticos convencionales que realizan un modo de flujo continuo con una alta tasa de conversión, el proceso de Carnova no tiene las complicaciones y limitaciones de otros procesos como el plasma, láser y electroquímico.

El equipo de Carbonova simula regularmente el proceso de iteración entre el diseño y la experimentación. “Si no tuviéramos simulación, hubiéramos tenido que experimentar todo y eso es extremadamente costoso”, dice Zarabian. Al simular diferentes diseños, pueden refinar los diseños sin tener que experimentar primero. «Usamos Ansys regularmente para diseñar los reactores, evaluar la mecánica de fluidos, mezclar materiales en compuestos y más». El costo total de producción es una de las principales barreras para llevar esta tecnología al público en general.

“Reducir el precio de las nanofibras de carbono permite que grupos más grandes de personas tengan acceso a tecnología avanzada”, dice Zarabian, “que se remonta al origen de la ingeniería: mejorar la calidad de vida de las personas y la sociedad, ya sea a través de mejores automóviles, equipo deportivo, ropa o alguna otra aplicación”.