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¿Y si el agua y el dióxido de carbono (CO2) producidos por el sistema de escape de un vehículo pudieran capturarse y utilizarse para cultivar alimentos? La reutilización de estos dos productos desperdiciados cambiaría las reglas del juego para reducir la huella de carbono del tráfico rodado y ayudar a la industria agrícola a alimentar a la creciente población humana.
Tres profesoras de la Universidad A&M de Texas, María Barrufet, Elena Castell-Pérez y Rosana Moreira, han redactado un libro blanco en el que informan de su análisis inicial y lo publican con la esperanza de obtener la financiación necesaria para realizar una investigación formal y multidisciplinar sobre el proyecto.
"Empecé a leer la literatura relacionada e hice simulaciones de lo que era posible", dijo Barrufet, profesor y Cátedra Baker Hughes del Departamento de Ingeniería del Petróleo Harold Vance. "Esto es totalmente realista. Ya se han redactado varias propuestas para grandes camiones y aplicaciones de vehículos marinos, pero aún no se ha puesto en práctica nada. Y nosotros somos los primeros en pensar en un motor para turismos".
El impacto podría ser enorme. En 2019, se calcula que el número de vehículos en uso en todo el mundo era de 1.400 millones. Un turismo medio en funcionamiento puede emitir unas 5 toneladas estadounidenses (aproximadamente 4,6 toneladas métricas) de CO2 al año, lo que significa que una cantidad importante de gases de efecto invernadero va a parar al medio ambiente. La combustión del combustible de un coche también genera una gran cantidad de agua al año: unos 5.547 galones (aproximadamente 21.000 litros).
Castell-Pérez y Moreira, ambos profesores del Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola, saben que a este CO2 y agua desperdiciados se les podría dar un buen uso, especialmente en las ciudades. La reciente expansión de la agricultura urbana en Estados Unidos depende de los invernaderos industriales, que utilizan una atmósfera enriquecida artificialmente que contiene hasta tres veces la cantidad de CO2 del aire normal para mejorar la salud de las plantas y las cosechas. Estas granjas urbanas se beneficiarían enormemente de una fuente constante de CO2 y agua gratuitos y recuperados, ya que actualmente compran y utilizan casi 5 libras (más de 2 kg) de CO2 y casi seis galones (22 litros) de agua para cultivar poco más de dos libras (1 kg) de productos. Y estas cifras no incluyen el agua y el CO2 necesarios para el procesamiento de los alimentos después de la cosecha y la pasteurización en fase densa.
Los tres profesores explicaron cómo podría funcionar el dispositivo integrado. El calor del motor podría alimentar un sistema de ciclo Rankine orgánico (ORC), esencialmente una pequeña unidad cerrada que contiene una turbina, intercambiadores de calor, un condensador y una bomba de alimentación que funciona como una antigua máquina de vapor pero a una escala mucho menor, y con mucho menos calor necesario para producir electricidad. El ORC alimentaría los demás componentes, como un sistema de intercambio de calor, que podría enfriar, comprimir y cambiar el gas de CO2 a líquido para un almacenamiento más compacto.
"Hace años, no pensábamos que pudiéramos tener aire acondicionado en un coche", dijo Barrufet. "Este es un concepto similar al del aire acondicionado que tenemos ahora. De forma sencilla, es como ese aparato, cabe en espacios reducidos".
Las simulaciones preliminares son alentadoras. No se prevé una reducción significativa de la potencia del motor del coche ni un aumento de su consumo de combustible. Cualquier posible corrosión en el sistema de intercambio de calor podría solucionarse con el uso de nuevos materiales de recubrimiento. En teoría, los propietarios de los vehículos podrían entregar los cartuchos llenos de CO2 y agua en los centros de recuperación, al igual que se entregan las latas de aluminio y acero hoy en día. O incluso los conductores podrían utilizar el CO2 y el agua en sistemas de invernadero propios o de una comunidad, siempre que el CO2 se utilizara de forma responsable y fuera totalmente absorbido por las plantas.
Sin embargo, aún quedan cuestiones por resolver, como el tamaño que deberían tener estos cartuchos, la forma de manipular el agua, ya que no se puede comprimir, y el peso del CO2 y el agua almacenados que afectaría al rendimiento del coche.
Barrufet, Castell-Perez y Moreira están buscando activamente financiación para continuar su trabajo. Aunque en los laboratorios nacionales y en la industria ya se está investigando para mejorar los dispositivos de captura de CO2 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 las pruebas.
El mayor reto podría ser reunir un equipo multidisciplinar para llevar a cabo la investigación. Los componentes del dispositivo ya existen de alguna forma, pero necesitarán un equipo cohesionado de ingenieros de distintas especialidades para rediseñarlos y que funcionen juntos en un espacio tan reducido.
"Todas estas ideas y tecnologías independientes no tienen ningún valor si no pueden conectarse", dijo Barrufet. "Necesitamos gente preocupada por el futuro para que esto ocurra pronto, estudiantes enérgicos de ingeniería petrolera, mecánica, civil, agrícola y de otras disciplinas que puedan cruzar las fronteras y trabajar en sincronía".
Fuentes, créditos y referencias:
Maria A. Barrufet et al, Capture of CO2 and Water While Driving for Use in the Food and Agricultural Systems, Circular Economy and Sustainability (2021). DOI: 10.1007/s43615-021-00102-4