¿Qué pasaría si tanto el agua como el dióxido de carbono (CO 2 ) producidos por el sistema de escape de un vehículo pudieran capturarse y usarse para cultivar alimentos?
por Nancy Luedke, Universidad Texas A&M
Reutilizar estos dos productos desperdiciados sería un cambio de juego para reducir la huella de carbono del tráfico vial y ayudar a la industria agrícola a alimentar a una población humana en crecimiento.
Tres miembros de la facultad de la Universidad de Texas A&M, Maria Barrufet, Elena Castell-Perez y Rosana Moreira, han escrito un documento técnico en el que informan su análisis inicial y lo han publicado con la esperanza de obtener los fondos necesarios para realizar una investigación formal y multidisciplinaria sobre el proyecto.
«Comencé a leer la literatura relacionada e hice simulaciones de lo que era posible», dijo Barrufet, profesor y catedrático de Baker Hughes en el Departamento de Ingeniería del Petróleo de Harold Vance. «Esto es completamente realista. Ya se han escrito varias propuestas para camiones grandes y aplicaciones de vehículos marinos, pero aún no se ha implementado nada. Y somos los primeros en pensar en un motor de automóvil de pasajeros».
El impacto podría ser enorme. En 2019, se estima que la cantidad de vehículos en uso en todo el mundo fue de 1.400 millones. Un automóvil de pasajeros promedio en funcionamiento puede emitir alrededor de 5 toneladas estadounidenses (aproximadamente 4,6 toneladas métricas) de CO 2 por año, lo que significa que una cantidad significativa de gases de efecto invernadero está yendo al medio ambiente. La combustión de combustible de un automóvil también genera una gran cantidad de agua por año, aproximadamente 5,547 galones (aproximadamente 21,000 litros).
Castell-Pérez y Moreira, ambos profesores del Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola, saben que este CO 2 desperdiciado y el agua se pueden aprovechar, especialmente en las ciudades. Las recientes expansiones de la agricultura urbana de EE. UU. Dependen de los invernaderos industriales, que utilizan una atmósfera enriquecida artificialmente que contiene hasta tres veces la cantidad de CO 2 del aire normal para mejorar la salud de las plantas y las cosechas. Estas granjas urbanas se beneficiarían enormemente de una fuente constante de CO 2 y agua recuperada y gratuita, ya que actualmente compran y utilizan casi 5 libras (más de 2 kg) de CO 2 y casi seis galones (22 litros) de agua para cultivar un poco más de dos libras (1 kg) de producto. Y estos números no incluyen el agua ni el CO2 necesarios para el procesamiento de alimentos poscosecha y la pasteurización en fase densa.
Los tres miembros de la facultad describieron cómo podría funcionar el dispositivo integrado. El calor del motor podría alimentar un sistema orgánico de ciclo Rankine (ORC), esencialmente una unidad pequeña y cerrada que contiene una turbina, intercambiadores de calor, condensador y bomba de alimentación que funciona como una máquina de vapor anticuada pero en una escala mucho más pequeña, y con se necesita mucho menos calor para producir electricidad. El ORC alimentaría los otros componentes, como un sistema de intercambio de calor, que podría enfriar, comprimir y cambiar el gas CO 2 a líquido para un almacenamiento más compacto.
«Hace años, no pensamos que podríamos tener aire acondicionado en un automóvil», dijo Barrufet. «Este es un concepto similar al aire acondicionado que tenemos ahora. De una manera simple, es como ese dispositivo, cabe en espacios reducidos».
Las simulaciones preliminares son alentadoras. No se prevé una reducción significativa de la potencia del motor de un automóvil ni un aumento en el uso de combustible. Cualquier posible corrosión en el sistema de intercambio de calor podría abordarse con el uso de nuevos materiales de revestimiento. Teóricamente, los propietarios de vehículos podrían entregar cartuchos llenos de CO 2 y agua en los centros de recuperación del mismo modo que la gente trae latas de aluminio y acero hoy en día. O los conductores podrían incluso usar el CO 2 y el agua en sus propios sistemas de invernadero o dentro de una comunidad, siempre que el CO 2 se usara de manera responsable y las plantas lo absorbieran por completo.
Sin embargo, quedan preguntas, como qué tan grandes deberían ser estos cartuchos, cómo se manejaría el agua ya que no se puede comprimir y con qué peso afectarían el CO 2 y el agua almacenados el rendimiento del automóvil.
Barrufet, Castell-Perez y Moreira buscan activamente financiación para continuar con su trabajo. Si bien ya se están realizando investigaciones en laboratorios e industrias nacionales para mejorar los dispositivos para la captura de CO 2 a gran escala , actualmente no existe nada a una escala tan pequeña, por lo que podrían pasar 10 años antes de que tengan algo listo para probar.
El mayor desafío podría provenir de reunir un equipo multidisciplinario para realizar la investigación. Los componentes del dispositivo ya existen de alguna forma, pero necesitarán un equipo cohesionado de ingenieros de diferentes especialidades para rediseñarlos para que funcionen juntos en un espacio tan reducido.
«Todas estas ideas y tecnologías independientes no tienen valor si no pueden conectarse», dijo Barrufet. «Necesitamos gente preocupada por el futuro para que esto suceda pronto, estudiantes con energía en las disciplinas de ingeniería petrolera, mecánica, civil, agrícola y otras que puedan cruzar fronteras y trabajar en sincronía».
