Desarrollo de materiales cerámicos del sistema Li2O-Bi2O3 y su uso como absorbentes para la captura selectiva de dióxido de carbono.

Abstract

Resumen El calentamiento global es un problema que cada día cobra mayor importancia debido a las consecuencias que éste genera. El aumento en la temperatura del globo terrestre es el resultado de un incremento en la producción de gases de efecto invernadero (GEI) que se relaciona directamente con la quema de combustibles fósiles, lo que ha dado lugar a la problemática actual del cambio climático. Estos gases están constituidos por una mezcla de compuestos entre los cuales se encuentra en mayor proporción al CO2 que es el principal gas causante del efecto invernadero. Entre los principales países contribuyentes en la generación de GEI se encuentra México, el cual en el 2012 tuvo una emisión aproximada de 500 Mt de GEI, constituidos por 83% de CO2. El CO2 proviene de numerosos procesos industriales tales como las plantas de generación de energía eléctrica, refinerías, cementeras e industria metalúrgica, entre otras. Con base en lo anterior, es necesario diseñar estrategias y tomar medidas para no acrecentar este problema en el futuro. Es muy importante comprender que no existe una solución única para este problema, sino que es un conjunto de acciones las que deben tomarse, desde aquellas que involucren una menor dependencia de los combustibles fósiles para la generación de energía, hasta el manejo adecuado de emisiones de GEI, especialmente el CO2. Existen diferentes alternativas para mitigar las emisiones de CO2 al ambiente; entre estas, una de las más viables es la captura y el posterior uso o confinamiento del CO2. Con esta finalidad se han utilizado diferentes materiales capaces de separar y capturar CO2. Ejemplo de ellos son las aminas soportadas, los líquidos iónicos, las zeolitas e hidrotalcitas, las membranas poliméricas, las membranas cerámicas, entre otros. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías actuales aún presentan ciertas limitantes relacionadas principalmente con baja selectividad y baja estabilidad térmica y química de los materiales usados. Entre los diversos materiales cerámicos empleados para la captura de CO2, los óxidos alcalinos y/o alcalinotérreos como los cerámicos de litio, calcio y magnesio han mostrado propiedades interesantes. Estos absorbentes presentan la capacidad de capturar (absorber) CO2 en un intervalo amplio de temperaturas, presión y concentración de éste, así como su factibilidad para ser usados en procesos multi-ciclo (reutilización). En el presente proyecto d investigación, se propone la fabricación de nuevos materiales cerámicos del sistema Li2O-Bi2O3 y la evaluación de su velocidad (cinética) y eficiencia de absorción de CO2. Algunos compuestos del sistema Li2O-Bi2O3 tales como Li5BiO5 y Li7BiO6 poseen una relación Li:Bi alta y propiedades de alta conductividad iónica, por lo que son compuestos con potencial aplicación como absorbentes. Estas fases no han sido previamente estudiadas y por lo tanto la realización de estudios básicos sobre esta serie de cerámicos se enfocó hacia el desarrollo de nuevos materiales absorbentes para la captura de CO2 y otros gases contaminantes con carácter ácido tales como los óxidos nitrosos y el dióxido de azufre. De manera específica, se realizó un estudio sobre la síntesis de los bismutatos por reacción de estado sólido y la evaluación de sus propiedades de captura de CO2 mediante el análisis del efecto de diferentes condiciones del proceso, tales como temperatura y presiones parciales en la velocidad y eficiencia de absorción de CO2 en los materiales cerámicos sintetizados.