Una “jaula de jaulas” es como los científicos han descrito un nuevo tipo de material poroso, único en su estructura molecular, que podría usarse para atrapar dióxido de carbono y otro gas de efecto invernadero más potente.
Sintetizado en laboratorio por investigadores del Reino Unido y China, el material se fabrica en dos pasos, con reacciones que ensamblan bloques de construcción de prismas triangulares en jaulas tetraédricas más grandes y simétricas, produciendo la primera estructura molecular de este tipo, afirma el equipo.
El material resultante, con su abundancia de moléculas polares, atrae y retiene gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO2) con fuerte afinidad. También mostró una excelente estabilidad en el agua, lo que sería fundamental para su uso en la captura de carbono en entornos industriales, a partir de corrientes de gas húmedas o mojadas.
“Este es un descubrimiento apasionante”, afirma Marc Little, científico de materiales de la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo y autor principal del estudio, “porque necesitamos nuevos materiales porosos para ayudar a resolver los mayores desafíos de la sociedad, como la captura y el almacenamiento de gases de efecto invernadero”. “.
Aunque no se probaron a escala, los experimentos de laboratorio demostraron que el nuevo material similar a una jaula también tenía una alta absorción de hexafluoruro de azufre (SF6), que, según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, es el gas de efecto invernadero más potente.
Mientras que el CO2 permanece en la atmósfera durante 5 a 200 años, el SF6 puede permanecer entre 800 y 3200 años. Entonces, aunque los niveles de SF6 en la atmósfera son mucho más bajos, su vida extremadamente larga le da al SF6 un potencial de calentamiento global de alrededor de 23.500 veces mayor que el del CO2 en comparación con 100 años.
Lo que debemos hacer urgentemente para frenar el cambio climático es eliminar grandes cantidades de SF6 y CO2 de la atmósfera, o impedir que entren en ella.
Los investigadores estiman que necesitamos extraer alrededor de 20 mil millones de toneladas de CO2 cada año para anular nuestras emisiones de carbono, que solo tienen una tendencia al alza.
Hasta ahora, las estrategias de eliminación de carbono están eliminando alrededor de 2 mil millones de toneladas por año, pero son principalmente los árboles y los suelos los que hacen lo suyo. Sólo alrededor del 0,1 por ciento de la eliminación de carbono, alrededor de 2,3 millones de toneladas por año, se debe a nuevas tecnologías como la captura directa de aire, que utiliza materiales porosos para absorber el CO2 del aire.
Los investigadores están ocupados ideando nuevos materiales para mejorar la captura directa de aire y hacerlo más eficiente y con un menor consumo de energía, y este nuevo material podría ser otra opción. Pero para evitar los peores impactos del cambio climático, debemos reducir las emisiones de gases de efecto invernadero más rápido de lo que pueden hacerlo actualmente estas tecnologías incipientes.
Sin embargo, debemos dedicar todo lo que podamos a este problema global. Sin embargo, crear un material de complejidad estructural tan alta no fue fácil, incluso si las moléculas precursoras técnicamente se ensamblan solas.
Esta estrategia se llama autoensamblaje supramolecular. Puede producir estructuras químicamente entrelazadas a partir de bloques de construcción más simples, pero requiere algunos ajustes porque “las mejores condiciones de reacción a menudo no son intuitivamente obvias”, explican Little y sus colegas en su artículo publicado.
Cuanto más compleja sea la molécula final, más difícil será sintetizarla y en esas reacciones podrían producirse más “revueltos” moleculares.
Para controlar esas interacciones moleculares que de otro modo serían invisibles, los investigadores utilizaron simulaciones para predecir cómo sus moléculas iniciales se ensamblarían en este nuevo tipo de material poroso. Consideraron la geometría de posibles moléculas precursoras y la estabilidad química y rigidez del producto final.
Aparte de su potencial para absorber gases de efecto invernadero, los investigadores sugieren que su nuevo material también podría usarse para eliminar otros vapores tóxicos del aire, como compuestos orgánicos volátiles, que fácilmente se convierten en vapores o gases de las superficies, incluido el interior de los automóviles nuevos.
“Consideramos este estudio como un paso importante para desbloquear este tipo de aplicaciones en el futuro”, afirma Little.
El estudio ha sido publicado en Nature Synthesis.
