Unas membranas hechas con nanotubos de carbono podrían reducir la cantidad de energía requerida para capturar las emisiones de dióxido de carbono procedentes de chimeneas y, por tanto, reducir costes. Así lo afirma una compañía que recibirá 1 millón de dólares de la nueva agencia de proyecto de investigación avanzada de energía, Arpa-e, para desarrollar la tecnología.

Porifera, la compañía con sede en Hayward, California, señala que sus membranas de nanotubos de carbono podrían capturar entre mil y tres mil millones de toneladas de dióxido de carbono al año y ahorrar 10 mil millones de dólares al año en comparación con las tecnologías de captura de CO2 existentes. A día de hoy, sin embargo, los estudios están en una fase inicial, afirma Olgica Bakajin, directora tecnológica de Porifera. Cree que pasará otro año antes de que el primer prototipo esté listo.

La compañía espera poder utilizar algunas propiedades peculiares de los nanotubos para capturar el dióxido de carbono. Las membranas de captura de CO2 procedente de chimeneas necesitan tener dos características. Necesitan ser selectivas, permitiendo que pase el dióxido de carbono y no el resto de gases. Esto produce un fluyo concentrado de dióxido de carbono que después se puede comprimir y almacenar. Las membranas también tienen que ser altamente permeables—permitiendo que el CO2 pase libremente para minimizar la energía necesaria para el bombeo.

Las membranas de nanotubos son especialmente buenas en relación a esta segunda característica. Los gases se pueden mover por el interior de los nanotubos de forma extremadamente rápida—a cuotas 100 veces más rápidas que con los materiales de membrana convencionales, según los experimentos que dirigió Bakajin en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Estos resultados fueron publicados en la revista Science en 2006. Como resultado, las membranas basadas en nanotubos requerirían mucha menos energía que las membranas convencionales.

El reto con las membranas de nanotubos viene dado por el transporte selectivo del dióxido de carbono y no de los otros gases en la chimenea. Esto es particularmente difícil puesto que el componente principal del gas de combustión, el nitrógeno, tiene muchas propiedades muy similares al CO2, afirma Karl Johnson, profesor de ingeniería química y del petróleo en la Universidad de Pittsburgh. Una forma para seleccionar el dióxido de carbono consiste en vincular los componentes a las terminaciones de los nanotubos de carbono, capaces de atraer al dióxido de carbono pero no a los otros gases. La atracción del dióxido de carbono crearía altas concentraciones de dicho gas cerca de la membrana, incrementando la cantidad de dióxido de carbono que se transporta en relación con el nitrógeno y los otros gases de combustión. Unir estos componentes es particularmente sencillo puesto que las terminaciones de los nanotubos tienen aperturas para vincularse con dichas moléculas, afirma Bakajin.

Bakajin señala que esto se ha intentado con materiales de membrana más convencionales, pero la adición de componentes para la atracción del dióxido de carbono reduce la permeabilidad de estas membranas hasta el punto de dejar de ser prácticas. La extraordinariamente alta permeabilidad de los nanotubos de carbono podría ayudar a solucionar este problema. “Podemos perder mucha permeabilidad,” afirma. “Si la permeabilidad baja hasta los niveles de los otros materiales de membrana, aún así iremos bien.”

Afirma que la compañía ha identificado varios candidatos prometedores para modificar los nanotubos, aunque señala que los detalles pertenecen a la compañía. Además de seleccionar uno de estos, afirma, la compañía también está trabajando para averiguar la mejor forma de manufacturar las membranas de nanotubos de carbono, y eso incluye decidir qué material utilizar para vincular a los nanotubos, unirlos y utilizarlos como material de soporte. “Algunos poseen ventajas en cuanto a fabricación, otros son mejores a nivel estructural, algunos son más resistentes a ambientes hostiles,” afirma. “Cuando más lo hacemos, más cosas se nos ocurren que podemos probar.”

Bruce Hinds, profesor de química de la Universidad de Kentucky y que también ha hecho demostraciones de la alta permeabilidad de las membranas de nanotubos, no está convencido de que la captura de carbono sea el mejor uso para las membranas, en parte debido al reto que supone hacer que las membranas de nanotubos de carbono sean selectivas con el dióxido de carbono. Él ha preferido empezar con aplicaciones farmacéuticas—como por ejemplo utilizar las membranas para suministrar medicamentos o para separar componentes químicos durante la manufactura de fármacos. Esto no requiere una manufactura a gran escala, lo cual es positivo puesto que la manufactura a gran escala de las membranas es algo que no ha podido ser demostrado hasta ahora. Las aplicaciones para fármacos también llevan consigo precios superiores, lo que permite el uso de materiales más caros.

Porifera también está a la búsqueda de otras aplicaciones potenciales. Recientemente anunció unos fondos procedentes de DARPA, la oficina de investigación y desarrollo del Departamento de Defensa de los EE.UU., para la producción de sistemas de desalinización portátiles para los soldados. Los nanotubos de carbono son capaces de transportar fluidos 1.000 veces más rápidamente que las membranas convencionales. Además de ahorrar energía, este tipo de transporte tan rápido hace que sea posible utilizar membranas mucho más pequeñas, lo que resulta más práctico para su uso en dispositivos portátiles.