Mejora de la captura de CO2 en el proceso postcombustión mediante carbón activado modificado con aminoácidos

Limpiar el aire después de quemar combustible

El dióxido de carbono procedente de las centrales eléctricas es un impulsor importante del calentamiento global, y aun así la mayor parte de nuestra electricidad sigue proveniendo de la quema de combustibles fósiles. Una forma práctica de reducir estas emisiones es atrapar el CO2 de los gases de escape calientes antes de que se liberen a la atmósfera. Este estudio explora cómo mejorar un material común y relativamente barato —el carbón activado— para que capture mejor el CO2 al recubrir suavemente su superficie con los bloques constructores simples de las proteínas llamados aminoácidos.

Convertir el carbono corriente en una esponja mejor

El carbón activado ya se utiliza en filtros de agua y purificadores de aire porque está lleno de poros diminutos que actúan como una esponja para las moléculas. Para la captura postcombustión en centrales eléctricas, un material ideal debe retener mucho CO2 incluso cuando está presente en niveles bajos y a temperaturas elevadas, manteniéndose estable y fácil de reutilizar. Los investigadores partieron de carbones activados comerciales y compararon su capacidad natural de adsorber CO2 —«adsorber» aquí significa que las moléculas se adhieren a la superficie en lugar de reaccionar químicamente. Confirmaron que a temperatura ambiente el material puede retener varios milimoles de CO2 por gramo, pero que esta capacidad cae bruscamente a medida que aumenta la temperatura del gas, una señal típica de adhesión física en lugar de un enlace químico fuerte.

Añadir agarres suaves para el dióxido de carbono

Para mejorar el rendimiento, el equipo modificó la superficie del carbón usando tres aminoácidos: glicina, serina y lisina. Son moléculas orgánicas pequeñas ricas en nitrógeno, un tipo de átomo conocido por interactuar más fuertemente con el CO2. El carbón activado se empapó en disoluciones que contenían cada aminoácido, a veces junto con sales alcalinas sencillas, y luego se lavó y secó. Al probar las muestras tratadas, las recubiertas con glicina y serina en general capturaron más CO2 que el material original, mientras que la lisina a menudo empeoró el comportamiento, especialmente cuando se combinó con sales añadidas. La glicina destacó: a pesar de ser la más pequeña de las tres, incrementó la captación de CO2 hasta en aproximadamente un 25 por ciento sin sacrificar la capacidad del material para captar nitrógeno, un gas de fondo clave en las corrientes de humos.

Encontrar el punto óptimo en las condiciones de tratamiento

Como sobrecargar el carbón con modificadores puede obstruir sus poros, los investigadores variaron cuidadosamente la temperatura de tratamiento, el tiempo y la concentración de glicina, y analizaron los resultados mediante un diseño estadístico. Encontraron que una receta intermedia —temperatura moderada, unas pocas horas de tratamiento y un nivel medio de glicina— dio la mejor captura de CO2. La microscopía y las medidas de adsorción de gases mostraron que el carbono modificado conservó casi la misma área de superficie y distribución de tamaño de poro que el original, lo que indica que la glicina principalmente decoró las paredes internas en lugar de bloquear los pasos. Pruebas de infrarrojo y de rayos X confirmaron la aparición de nuevos grupos con nitrógeno y oxígeno en la superficie, mientras que la estructura de carbono subyacente permaneció en gran medida sin cambios.

Cómo se comporta el material mejorado

Midiendo cómo se adsorben el CO2 y el nitrógeno en el material a varias temperaturas, el equipo estimó el calor liberado cuando cada gas es adsorbido. Estos valores se situaron en el rango típico de interacciones físicas, no de reacciones químicas permanentes, pero fueron notablemente más fuertes para el carbón tratado con glicina que para la muestra cruda. Esto significa que el CO2 se retiene con mayor firmeza, lo que explica la mayor capacidad, aunque aún debería ser posible liberar el gas de nuevo mediante un calentamiento moderado o cambios de presión. El carbón modificado mostró también buena estabilidad térmica hasta temperaturas muy por encima de las que se encuentran normalmente en los sistemas de captura postcombustión, lo que sugiere que podría soportar muchos ciclos de captura y liberación.

Qué podría significar esto para las emisiones de las centrales eléctricas

En términos cotidianos, el trabajo muestra que decorar ligeramente el carbón activado con un aminoácido simple puede convertir un material de filtro comercial en un «imán» para el CO2 más selectivo y eficaz. La glicina ofrece el mejor equilibrio: su pequeño tamaño le permite recubrir las paredes de los poros con puntos de agarre adicionales sin taponarlos, de modo que se pueden capturar y liberar más moléculas de CO2 de forma repetida. Aunque el material sigue funcionando mejor a temperaturas más bajas, estrategias inteligentes de intercambio de calor en plantas reales podrían ayudar a enfriar los gases de escape lo suficiente como para aprovechar esta esponja mejorada. En conjunto, estos hallazgos apuntan a sorbentes baratos y ajustables que podrían adaptarse a instalaciones existentes para ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero sin remodelar por completo el sistema energético.

Cita: Houshmand, D., Rashidi, F., Amjad-Iranagh, S. et al. Enhancement of CO₂ capture in post combustion process using actived carbon modified by amino acids. Sci Rep 16, 10569 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44400-z

Palabras clave: captura de carbono, carbón activado, aminoácidos, postcombustión, adsorción de CO2