Piezas de madera en diferentes etapas de modificación, desde natural (extremo derecho) hasta deslignificada (segunda desde la derecha), pasando por madera seca, blanqueada y deslignificada (segunda desde la izquierda) y madera funcional con infusión de MOF (primera a la izquierda). Foto y crédito: Gustavo Raskosky/Rice
Una nueva madera diseñada atrapa el dióxido de carbono mediante un proceso potencialmente escalable y energéticamente eficiente que también fortalece el material para su uso en la construcción.
Los materiales estructurales como el acero o el cemento tienen un alto costo tanto en dólares como en emisiones de dióxido de carbono; La construcción y el uso de edificios representan aproximadamente el 40% de las emisiones. Desarrollar alternativas sostenibles a los materiales existentes podría ayudar a mitigar el cambio climático y reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Trabajando para abordar ambos problemas a la vez, los investigadores encontraron una manera de incorporar a la madera moléculas de un material poroso cristalino que atrapa el dióxido de carbono.
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«La madera es un material estructural sostenible y renovable que ya utilizamos ampliamente», dice Muhammad Rahman, profesor asistente de investigación en ciencia de materiales y nanoingeniería en la Universidad Rice. «Nuestra madera diseñada mostró mayor resistencia que la madera normal sin tratar».
Para lograr esta hazaña, primero se elimina la red de fibras de celulosa que le da resistencia a la madera mediante un proceso conocido como deslignificación.
«La madera se compone de tres componentes esenciales: celulosa, hemicelulosa y lignina», dice Rahman. “La lignina es lo que le da color a la madera, por lo que cuando se elimina la lignina, la madera se vuelve incolora. Eliminar la lignina es un proceso bastante sencillo que implica un tratamiento químico de dos pasos utilizando sustancias ambientalmente benignas. Después de eliminar la lignina, utilizamos lejía o peróxido de hidrógeno para eliminar la hemicelulosa”.
A continuación, la madera deslignificada se empapa en una solución que contiene micropartículas de una estructura organometálica, o MOF, conocida como estructura Calgary 20 (CALF-20). Los MOF son materiales absorbentes de alta superficie que se utilizan por su capacidad para adsorber moléculas de dióxido de carbono en sus poros.
«Las partículas MOF encajan fácilmente en los canales de celulosa y se adhieren a ellos a través de interacciones superficiales favorables», dice Soumyabrata Roy, científico investigador y autor principal del estudio en Cell Reports Physical Science .
¿Qué son los MOF?
Los MOF se encuentran entre varias tecnologías incipientes de captura de carbono desarrolladas para abordar el cambio climático antropogénico.
«En este momento, no existe ningún sustrato biodegradable y sostenible para utilizar materiales absorbentes de dióxido de carbono», afirma Rahman. «Nuestra madera mejorada con MOF es una plataforma de soporte adaptable para implementar sorbentes en diferentes aplicaciones de dióxido de carbono».
«Muchos de los MOF existentes no son muy estables en diferentes condiciones ambientales», dice Roy. «Algunos son muy susceptibles a la humedad y eso no es deseable en un material estructural».
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CALF-20, sin embargo, desarrollado por George Shimizu, profesor de la Universidad de Calgary, y sus colaboradores, destaca tanto en términos de nivel de rendimiento como de versatilidad en una variedad de condiciones ambientales, afirma Roy.
«La fabricación de materiales estructurales como metales o cemento representa una fuente importante de emisiones industriales de carbono «, afirma Rahman. “Nuestro proceso es más simple y ‘más ecológico’ tanto en términos de sustancias utilizadas como de subproductos del procesamiento.
“El siguiente paso sería determinar los procesos de secuestro así como un análisis económico detallado para entender la escalabilidad y viabilidad comercial de este material”, añade.
Shell Technologies y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea UES apoyaron la investigación.
Fuente: Universidad Rice
Estudio original DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101269
