Resumen

En un mundo donde los desafíos ambientales y la calidad del aire son preocupaciones globales, surge una solución innovadora y prometedora. La crisis climática y la calidad del aire deteriorada representan amenazas inminentes para la humanidad. Las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera han alcanzado niveles sin precedentes, contribuyendo al calentamiento global y al cambio climático. Paralelamente, muchas ciudades del mundo enfrentan niveles peligrosamente altos de contaminación del aire, lo que afecta la salud de millones de personas y agrava las condiciones climáticas extremas. La contaminación atmosférica no solo amenaza la salud de las personas, sino que también provoca daños irreparables en los ecosistemas y acelera la pérdida de biodiversidad. La ciencia es clara: si no tomamos medidas urgentes para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire, enfrentamos consecuencias devastadoras en forma de eventos climáticos extremos, escasez de alimentos y un futuro incierto para las generaciones venideras. En este contexto, CalClean se levanta como un faro de esperanza y solución. Nuestro objetivo principal es utilizar una mezcla de hidróxido de calcio (cal) y agua para capturar eficazmente las emisiones de CO2 y monóxido de carbono (CO) provenientes de los motores de combustión interna. Pero eso no es todo. Buscamos transformar estos contaminantes en un recurso valioso, el carbonato de calcio, que puede ser utilizado como fertilizante agrícola. Esta estrategia innovadora no solo aborda la contaminación atmosférica, sino que también fomenta la sostenibilidad agrícola y la seguridad alimentaria.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En un mundo donde los desafíos ambientales y la calidad del aire son preocupaciones globales, surge una solución innovadora y prometedora. La crisis climática y la calidad del aire deteriorada representan amenazas inminentes para la humanidad. Las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera han alcanzado niveles sin precedentes, contribuyendo al calentamiento global y al cambio climático. Paralelamente, muchas ciudades del mundo enfrentan niveles peligrosamente altos de contaminación del aire, lo que afecta la salud de millones de personas y agrava las condiciones climáticas extremas.

Antecedentes

La contaminación atmosférica no solo amenaza la salud de las personas, sino que también provoca daños irreparables en los ecosistemas y acelera la pérdida de biodiversidad. La ciencia es clara: si no tomamos medidas urgentes para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire, enfrentamos consecuencias devastadoras en forma de eventos climáticos extremos, escasez de alimentos y un futuro incierto para las generaciones venideras.

Objetivo

En este contexto, CalClean se levanta como un faro de esperanza y solución. Nuestro objetivo principal es utilizar una mezcla de hidróxido de calcio (cal) y agua para capturar eficazmente las emisiones de CO2 y monóxido de carbono (CO) provenientes de los motores de combustión interna. Pero eso no es todo. Buscamos transformar estos contaminantes en un recurso valioso, el carbonato de calcio, que puede ser utilizado como fertilizante agrícola. Esta estrategia innovadora no solo aborda la contaminación atmosférica, sino que también fomenta la sostenibilidad agrícola y la seguridad alimentaria.

Justificación

La justificación de CalClean es evidente en un mundo que necesita soluciones concretas. La conversión de emisiones contaminantes en un recurso valioso como el carbonato de calcio puede contribuir significativamente a la mitigación de la contaminación atmosférica y al fomento de prácticas agrícolas sostenibles. Al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, este enfoque también tiene un impacto positivo en la lucha contra el cambio climático, ayudando a preservar nuestro planeta para las generaciones futuras.

Hipótesis

Nuestra hipótesis es audaz y optimista: al combinar el hidróxido de calcio con el humo de los vehículos de combustión interna, podemos capturar eficazmente las emisiones de CO2 y CO para formar carbonato de calcio. Creemos que esta conversión de contaminantes en un recurso útil como fertilizante es no solo posible, sino esencial para abordar los desafíos ambientales y alimentarios de nuestro tiempo. CalClean representa la ciencia, la innovación y la responsabilidad hacia un futuro más limpio y sostenible.

Acompáñenos en un viaje de descubrimiento que aborda un problema crítico en la actualidad: la contaminación atmosférica y su impacto en el cambio climático, la salud pública y la agricultura sostenible. Descubra cómo nuestro proyecto busca transformar la concienciación y el conocimiento en soluciones reales. CalClean es más que una idea; es una manifestación de nuestro compromiso con un planeta más limpio y un futuro sostenible.

Prepárense para ver la ciencia en acción, para cuestionar, aprender y, lo más importante, para ser inspirado por la posibilidad de un mundo con menos emisiones contaminantes y con un uso eficiente de los recursos. Bienvenido a CalClean, donde la innovación, la educación y la concienciación se unen para un mejor mañana.

Método (materiales y procedimiento)

1. Preparación de la Mezcla de Cal y Agua (Hidróxido de Calcio)

a) Cal (CaO) es un sólido blanco que reacciona vigorosamente con el agua (H2O) para formar hidróxido de calcio (Ca(OH)2) en una reacción exotérmica:

Reacción Química: CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (aq)

2. Captura de CO2 y CO con la Mezcla de Cal

b) El siguiente paso implico la interacción de la mezcla de cal y agua (Ca(OH)2) con el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO) presentes en el humo de los vehículos. La reacción química se produce de la siguiente manera:

Reacción Química con CO2: Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (l)

Reacción Química con CO: Ca(OH)2 (aq) + CO (g) → CaCO3 (s) + H2 (g)

En ambas reacciones, el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) reacciona con el CO2 y el CO para formar carbonato de calcio (CaCO3) como producto sólido, mientras que el agua (H2O) se libera.

3. Producción de Carbonato de Calcio Utilizable como Fertilizante

El carbonato de calcio (CaCO3) resultante de las reacciones químicas se usará como fertilizante agrícola. Esta forma de carbonato de calcio es una fuente rica de calcio esencial para el crecimiento de las plantas.

4. Reacción para generar CO2

La reacción química entre bicarbonato de sodio (NaHCO3) y vinagre (ácido acético, CH3COOH) produce dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y acetato de sodio (NaCH3COO). Aquí está la ecuación química balanceada de la reacción:

NaHCO3 (sólido) + CH3COOH (líquido) -> NaCH3COO (solución acuosa) + H2O

(liquido) + CO2 (gaseoso)

En esta reacción, el bicarbonato de sodio actúa como una base y el ácido acético del vinagre actúa como un ácido. La reacción entre ellos genera burbujas de dióxido de carbono.

Todos estos elementos fueron cruciales en la experimentación. Con ello pudimos comprobar la reducción de CO2.

Esquema del experimento.

Materiales de laboratorio:

1. Matraz Erlenmeyer de 250
2. Tapón de goma
3. Embudo de adición
4. Tubo de vidrio
5. Tubo de silicona
6. Probeta de 500 ml
7. Cristalizador de agua
8. Vela de 15 cm
9. Llanta
10. Encendedor

Reactivos

11. Bicarbonato de sodio
12. Vinagre
13. Cal

Galería Método

Resultados

Obtuvimos resultados significativos que demuestran la generación y captura efectiva de dióxido de carbono (CO2) mediante la reacción química entre bicarbonato de sodio (NaHCO3) y vinagre (ácido acético, CH3COOH). Estos resultados se han evaluado mediante la prueba de extinción de una vela utilizando el gas CO2 recolectado.

1. Generación de CO2:

• Al combinar bicarbonato de sodio y vinagre en un recipiente, se observó una efervescencia vigorosa, indicativa de la liberación de dióxido de carbono (CO2).

2. Captura de CO2:

• El gas CO2 generado se hizo pasar a través de una solución de cal (hidróxido de calcio, Ca(OH)2). Durante esta etapa, se produjo una reacción química en la que el CO2 reacciono con el hidróxido decalcio para formar carbonato de calcio (CaCO3). Este proceso se evidencio por el cambio en la apariencia de la solución de cal, que se tornó turbia debido a la formación de CaCO3 sólido. La reacción se representó como:

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O

3. Prueba de Extinción de la Vela:

• Se llevó a cabo una prueba crucial para demostrar la capacidad del CO2 generado para extinguir una llama. Se acercó una vela encendida al gas CO2 contenido en una probeta.
• En el caso de una presencia significativa de CO2 en la probeta, se observó que el dióxido de carbono desplazo el oxígeno necesario para la combustión de la vela, lo que resulto en la extinción de la llama.
• Por otro lado, cuando ya no había una presencia significativa de CO2 en la probeta, la vela continuo ardiendo normalmente, ya que el oxígeno en la probeta permitió la combustión.

Estos resultados confirman la eficacia de nuestro proceso para generar y capturar CO2, así como la propiedad del CO2 para extinguir una llama. Este experimento demuestra de manera visual y efectiva como el CO2 puede ser recolectado y utilizado en aplicaciones relacionadas con la reducción de emisiones contaminantes, lo que respalda la premisa central de nuestro proyecto CalClean.

Video Resultados del proyecto:

https://www.youtube.com/watch?v=j7Al35GOB4o

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

En el desarrollo de nuestro proyecto CalClean, hemos logrado demostrar de manera efectiva la generación y captura de dióxido de carbono (CO2) mediante una reacción química simple entre bicarbonato de sodio y vinagre. Además, hemos ilustrado la capacidad del CO2 para extinguir una llama, respaldando así la viabilidad de su uso en aplicaciones relacionadas con la reducción de emisiones contaminantes.

CalClean representa un paso prometedor hacia la reducción de las emisiones de vehículos de combustión interna y la utilización de CO2 capturado de manera efectiva. Sin embargo, para que esta idea se convierta en una realidad practica y beneficie a la sociedad en general, se necesitará un mayor apoyo, recursos y tiempo para su desarrollo y validación en un entorno automotriz real. El compromiso continuo con la innovación y la sostenibilidad es esencial para abordar los desafíos ambientales globales.

Bibliografía

1. Zhang, K.; Li, S.; Liu, L. Optimized foam-assisted CO₂enhanced oil recovery technology in tight oil reservoirs. Fuel 2020, 267, 117099. [Google Scholar] [CrossRef]
2. Norhasyima, R.S.; Mahlia, T.M.I. Advances in CO₂utilization technology: A patent landscape review.  CO₂ Util. 2018, 26, 323–335. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Rasouli, H.; Iliuta, I.; Bougie, F.; Garnier, A.; Iliuta, M.C. Hybrid enzymatic CO₂capture process in intensified flat sheet membrane contactors with immobilized carbonic anhydrase.  Purif. Technol. 2022, 287, 120505. [Google Scholar] [CrossRef]
4. Khoo, Z.Y.; Ho, E.H.Z.; Li, Y.; Yeo, Z.; Low, J.S.C.; Bu, J.; Chia, L.S.O. Life cycle assessment of a CO₂mineralisation technology for carbon capture and utilisation in Singapore.  CO₂ Util. 2021, 44, 101378. [Google Scholar] [CrossRef]
5. Hernández, E.; Santiago, R.; Moya, C.; Vela, S.; Navarro, P.; Palomar, J. Close-cycle process to produce CO₂-derived propylene carbonate based on amino acid catalyst and water.  CO₂Util. 2021, 52, 101656. [Google Scholar] [CrossRef]

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography