Notícia

Membrana controlável pode retirar dióxido de carbono de sistemas de exaustão de gases

Novo sistema, que pode separar gases continuamente, ocupa pouco espaço e não usa peças móveis

Pixabay

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quarta-feira, 21 outubro 2020 17:55

Áreas

Indústrias. Qualidade do Ar. Química. Tecnologias.

Um novo sistema desenvolvido por engenheiros químicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, pode ser uma solução para a remoção contínua de dióxido de carbono de um fluxo de gases residuais, ou mesmo do ar. O principal componente do sistema é uma membrana assistida eletroquimicamente, cuja permeabilidade ao gás pode ser ligada e desligada, sem usar partes móveis e com relativamente pouca energia.

As próprias membranas, feitas de óxido de alumínio anodizado, têm uma estrutura semelhante a um favo de mel composta por aberturas hexagonais que permitem que as moléculas de gás fluam para dentro e para fora quando no estado aberto. No entanto, a passagem do gás pode ser bloqueada quando uma fina camada de metal é eletricamente depositada e cobre os poros da membrana. O trabalho foi descrito na revista científica Science Advances, em um estudo liderado pelo professor Dr. T. Alan Hatton e pela Dra. Yayuan Liu, do Departamento de Engenharia Química do MIT.

Este novo mecanismo de “passagem de gás” pode ser aplicado à remoção contínua de dióxido de carbono de uma variedade de fluxos de exaustão industrial e do ar ambiente, disseram os pesquisadores. Eles construíram um dispositivo para prova de conceito, e mostraram como ocorre o processo.

O dispositivo usa um material absorvedor de carbono redox ativo, comprimido entre duas membranas de gás comutáveis. O sorvente 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. As duas membranas de passagem podem ser abertas ou fechadas eletricamente, trocando-se a polaridade da tensão elétrica entre elas, fazendo com que íons de zinco se movam de um lado para o outro. Os íons bloqueiam simultaneamente um lado, formando uma película metálica sobre ele, enquanto abrem o outro, dissolvendo sua película.

Quando a camada absorvente é aberta para o lado por onde os gases residuais estão fluindo, o material absorve prontamente o dióxido de carbono até atingir sua capacidade. A tensão elétrica 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”, disse o Dr. Alan Hatton. “Essa abordagem evita muitos problemas de processo” que estariam envolvidos em um sistema tradicional de várias colunas, no qual leitos de adsorção alternadamente precisam ser desligados, purgados e regenerados, antes de serem expostos novamente ao gás de alimentação para iniciar o próximo ciclo de adsorção. No novo sistema, as etapas de purga não são necessárias e todas 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. Filmes finos de metal podem ser particularmente eficazes como barreiras de gás e a camada ultrafina usada no novo sistema requer uma quantidade mínima de zinco, que é abundante e barato.

“Faz uma camada de revestimento muito uniforme com uma quantidade mínima de materiais”, diz Liu. 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 alterar o estado 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 que já foi emitido.

Embora o foco inicial da equipe fosse o desafio de separar o dióxido de carbono em uma corrente de gases, o sistema poderia realmente ser adaptado a uma ampla variedade de processos de separação e purificação química. “Estamos muito entusiasmados com o mecanismo de bloqueio. Acho que podemos usá-lo em uma variedade de aplicações, em diferentes configurações. Talvez em dispositivos microfluídicos, ou talvez pudéssemos usá-lo para controlar a composição do gás para uma reação química. Existem muitas possibilidades”, concluiu o Dr. Hatton.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte:  MIT News Office. Imagem: Pixabay.

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