Nombre organización: Instituto de Ciencia Molecular (ICMol).
Otras organizaciones participantes: Red Española de Supercomputación (RES), Barcelona Supercomputing Center (BSC) y EuroCC Spain.
Área: Academia.
La captura directa de CO₂ del aire es un campo en rápido desarrollo, especialmente mediante el uso de estructuras metal-orgánicas (MOFs) funcionalizadas con aminas.
Estudios previos en el material MUV-10 revelaron un modo alternativo de injerto de aminas y aclararon su mecanismo. Sin embargo, la estabilidad del material bajo condiciones ambientales (aire y hasta un 60 % de humedad) depende en gran medida del tamaño de las aminas injertadas.
El reto del proyecto fue:
Comprender las diferencias experimentales en la estabilidad de los materiales MUV-10 con distintas aminas.
Diseñar nuevas variantes de MOFs con mayor robustez estructural y afinidad por el CO₂.
El equipo liderado por Carlos Martí-Gastaldo utilizó simulaciones avanzadas con el superordenador MareNostrum5 GPP del Barcelona Supercomputing Center para analizar el proceso de difusión de aminas en el interior de MUV-10.
Las simulaciones mostraron que:
La difusión de aminas a través de las cavidades del material implica la rotura temporal de dos enlaces Ca–O para ensanchar el anillo de paso, que posteriormente se reconstituye.
Las moléculas de agua estabilizan significativamente el estado de transición mediante enlaces de hidrógeno tanto con los oxígenos del esqueleto como con los grupos amina.
En el caso de aminas grandes, la combinación de alta energía de adsorción y barreras de difusión elevadas permite atraparlas de forma efectiva, favoreciendo la reconfiguración del anillo sin dañar la cristalinidad.
En contraste, con aminas de cadena corta, el agua puede aumentar la difusión y provocar un colapso estructural irreversible.
Los resultados explican por qué ciertos materiales MUV-10–amina presentan mayor estabilidad en ambientes húmedos y ofrecen una guía clara para diseñar MOFs más resistentes y con mayor capacidad de captura de CO₂.
Este conocimiento contribuye al desarrollo de tecnologías de captura directa de carbono más eficientes, un paso crucial en la lucha contra el cambio climático y en la implementación de soluciones de almacenamiento y reutilización del CO₂ atmosférico.
El Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València, dirigido por Carlos Martí-Gastaldo, es un centro de referencia internacional en el diseño de materiales avanzados para aplicaciones en energía, medioambiente y sostenibilidad.
La colaboración con la RES, el Barcelona Supercomputing Center y EuroCC Spain ha permitido combinar la síntesis experimental con simulaciones de alto rendimiento, acelerando el desarrollo de nuevos MOFs con aplicaciones estratégicas en la captura y uso del CO₂.
