El agua capturada y el dióxido de carbono de los gases de escape de los automóviles podrían ayudar a cultivar alimentos

¿Qué pasaría si tanto el agua como el dióxido de carbono (CO2) producido por el sistema de escape de un vehículo pudieran capturarse y utilizarse para cultivar alimentos? Reutilizar 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 una población humana en crecimiento.

Tres miembros del cuerpo docente de la Universidad Texas A&M, María Barrufet, Elena Castell-Pérez y Rosana Moreira, escribieron un documento técnico que informa su análisis inicial y lo publicaron con la esperanza de obtener la financiación necesaria 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 Baker Hughes en el Departamento Harold Vance de Ingeniería Petrolera. “Esto es totalmente realista. Ya se han escrito varias propuestas para aplicaciones de camiones grandes y vehículos marinos, pero aún no se ha implementado nada. Y somos los primeros en pensar en un motor de turismo”.

El impacto podría ser enorme. En 2019, se estimaba que el número de vehículos en uso en todo el mundo era de 1.400 millones. Un automóvil de pasajeros promedio en funcionamiento puede emitir alrededor de 5 toneladas estadounidenses (aproximadamente 4,6 toneladas métricas) de CO2 por año, lo que significa que una cantidad significativa de gases de efecto invernadero va al medio ambiente. La combustión de combustible de un automóvil también genera una gran cantidad de agua por año: alrededor de 5,547 galones (aproximadamente 21,000 litros).

Castell-Pérez y Moreira, ambos profesores del Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola, saben que el CO2 y el agua desperdiciados podrían aprovecharse, especialmente en las ciudades. Las recientes expansiones de la agricultura urbana estadounidense se basan en 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 agua y CO2 recuperado y gratuito, 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 producto. Y estas cifras no incluyen el agua y el CO2 necesarios para el procesamiento de alimentos poscosecha y la pasteurización en fase densa.

Los tres profesores describieron cómo podría funcionar el dispositivo integrado. El calor del motor podría alimentar un sistema de ciclo orgánico de Rankine (ORC), esencialmente una unidad pequeña y cerrada que contiene una turbina, intercambiadores de calor, un condensador y una bomba de alimentación que funciona como una antigua máquina de vapor 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 convertir el gas CO2 en 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 aire acondicionado que tenemos ahora. De manera sencilla, es como ese dispositivo, cabe en espacios reducidos”.

Las simulaciones preliminares son alentadoras. No se prevé ninguna reducción significativa en la potencia del motor de un automóvil ni un aumento en su consumo de combustible. Cualquier posible corrosión en el sistema de intercambio de calor podría abordarse con el uso de nuevos materiales de revestimiento. En teoría, los propietarios de vehículos podrían entregar cartuchos llenos de CO2 y agua en los centros de recuperación, del mismo modo que hoy en día se traen latas de aluminio y acero. O los conductores podrían incluso utilizar el CO2 y el agua en sistemas de invernadero propios o dentro de una comunidad, siempre que el CO2 se utilizara de forma responsable y las plantas lo absorbieran por completo.

Sin embargo, quedan dudas, como qué tamaño deberían tener estos cartuchos, cómo se manejaría el agua, ya que no se puede comprimir, y en qué peso el CO2 y el agua almacenados afectarían el rendimiento del automóvil.

Barrufet, Castell-Pérez y Moreira están buscando activamente financiación para continuar su trabajo. Si bien ya se están realizando investigaciones en laboratorios e industrias nacionales para mejorar los dispositivos para la 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 probar.

El mayor desafío podría surgir 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", afirmó Barrufet. "Necesitamos personas preocupadas por el futuro para que esto suceda pronto, estudiantes llenos de energía en petróleo, mecánica, civil, agricultura y otras disciplinas de ingeniería que puedan cruzar fronteras y trabajar en sincronía".

Este artículo de Nancy Luedke apareció originalmente en el sitio web de la Facultad de Ingeniería.

David Dunlap '83, que da nombre al Dunlap Drill Field en el Centro de Actividades Musicales, es conocido por su dedicación a su alma mater.

Su novedoso sistema de monitoreo puede monitorear rápidamente el dióxido de carbono secuestrado bajo tierra.

Un estudiante graduado en ingeniería petrolera de Texas A&M desarrolló un enfoque novedoso para comprender el transporte de apuntalante y los flujos de fractura.

La exploración energética se basa en conocer la historia térmica de las rocas generadoras de petróleo y gas, lo que a menudo es difícil de determinar.

La beca apoya a estudiantes graduados destacados que cursan maestrías y doctorados basados ​​en investigaciones en disciplinas STEM.

Una nueva investigación de Texas A&M muestra que las nueces pecanas pueden frenar una serie de problemas de salud.

Suscríbase al boletín informativo Texas A&M Today para conocer las últimas noticias e historias cada semana.