Nuevos conocimientos revelan que el TAMOF-1 es un adsorbente eficaz de CO₂ para la mejora del biogás

15th abril 2025 – Un nuevo estudio publicado en Nature Communications presenta el TAMOF-1, un material cristalino poroso, como un firme candidato para la captura selectiva de dióxido de carbono (CO₂) en mezclas gaseosas, especialmente en el contexto de la purificación del biogás. La investigación fue dirigida por el Prof. J. R. Galán-Mascarós del Instituto de Investigación Química de Cataluña (ICIQ), la Prof. Sofía Calero de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y el Dr. Stefano Giancola de Orchestra Scientific, con aportaciones de un amplio consorcio de instituciones europeas.

El TAMOF-1 pertenece a la familia de los marcos metalorgánicos (MOF), materiales conocidos por sus estructuras porosas y sus elevadas áreas superficiales. Lo que distingue al TAMOF-1 es su homociralidad, estabilidad estructural y capacidad para adsorber selectivamente CO₂ por encima del metano en condiciones ambientales. En los ensayos, alcanzó una absorción de CO₂ de más de 4 mmol g-¹ y una selectividad CO₂/CH₄ superior al 40, lo que lo sitúa entre los fisisorbentes más eficaces de los que se tiene constancia hasta la fecha.

Su rendimiento se basa en un mecanismo de adsorción de doble sitio. A bajas concentraciones, el CO₂ se une a los centros de cobre de la estructura; una vez ocupados estos sitios, se alojan moléculas adicionales dentro de los canales abiertos, entablando interacciones más débiles con diversos grupos funcionales. Esta disposición facilita tanto una alta selectividad como una regeneración de baja energía, características críticas para las tecnologías eficientes de separación de gases.

«Lo que hace que el TAMOF-1 sea realmente prometedor es la combinación de su captación selectiva de CO₂ con la posibilidad de regenerar el material en condiciones suaves», afirma el Prof. Galán-Mascarós. «Este equilibrio entre rendimiento y eficiencia energética es esencial si queremos acercarnos a soluciones prácticas y viables para la captura de carbono».

Representación de la estructura cristalina de TAMOF-1, que muestra la red de canales abiertos de 10 Å de ancho. Código de colores: Cu, azul oscuro; O, rojo; N, azul claro; C, negro. Átomos de hidrógeno omitidos para mayor claridad.

Para investigar el comportamiento de las moléculas de gas dentro del material, el equipo empleó una combinación de difracción de neutrones, espectroscopia infrarroja y simulaciones computacionales. Estas herramientas proporcionaron información no sólo sobre dónde se unen las moléculas de CO₂, sino también sobre cómo el armazón puede funcionar cíclicamente con un aporte mínimo de energía, una ventaja esencial sobre las técnicas tradicionales de absorción química.

En términos más amplios, el trabajo responde a los retos actuales en la captura del CO₂ de las emisiones industriales y los flujos de gases renovables. El biogás, a menudo compuesto por partes casi iguales de metano y dióxido de carbono, requiere purificación antes de poder utilizarse como combustible. Los métodos tradicionales de separación, aunque eficaces, pueden consumir mucha energía y producir residuos químicos. El TAMOF-1 ofrece una alternativa potencial, compatible con las tecnologías de adsorción física, como los sistemas de oscilación térmica o de presión.

El TAMOF-1 se sintetiza a partir de materias primas de bajo coste, solubles en agua y no críticas, como un derivado del aminoácido natural L-histidina y sales de cobre(II). Su robustez en condiciones húmedas y ácidas refuerza aún más su uso práctico.

Esta investigación forma parte del proyecto SUPERVAL, financiado por la Unión Europea a través del programa Horizonte Europa. SUPERVAL se centra en el uso sostenible de los gases de combustión mediante materiales avanzados y sistemas electroquímicos. El TAMOF-1 y sus estructuras relacionadas están protegidos por una patente europea (EP16382480.8), y los esfuerzos de desarrollo continúan más allá del ámbito académico. El material y sus aplicaciones se están explorando comercialmente a través de Orchestra Scientificuna empresa derivada fundada por ICIQ e ICREA. El objetivo de la empresa es traducir los conocimientos de laboratorio en tecnologías de captura de CO₂ escalables y adecuadas a las necesidades industriales y medioambientales.

El proyecto SUstainable Photo-ElectRochemical VALorization of flue gases – SUPERVAL ha recibido financiación de Horizon Europe de la Unión Europea, Acuerdo de subvención nº 101115456.

Publicación de referencia
Adsorción selectiva de CO₂ en TAMOF-1 para la separación de mezclas gaseosas de CO₂/CH₄
Capelo-Avilés, S.; de Fez-Febré, M.; Balestra, S. R. G.; Cabezas-Giménez, J.; Tomazini de Oliveira, R.; Gallo Stampino, I. I.; Vidal-Ferran, A.; González-Cobos, J.; Lillo, V.; Fabelo, O.; Escudero-Adán, E. C.; Falvello, L. R.; Parra, J. B.; Rumori, P.; Turnes Palomino, G.; Palomino Cabello, C.; Giancola, S.; Calero, S.; Galán-Mascarós, J. R.
Nat Commun 2025, 16, 3243
DOI: 10.1038/s41467-025-58426-w