El aumento continuo de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), en particular el CO₂, es la principal causa del calentamiento global y el cambio climático. Abordar este desafío urgente requiere esfuerzos coordinados para reducir las emisiones de CO₂ , donde las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CAC) desempeñan un papel indispensable. Entre los diversos enfoques de CAC, las tecnologías basadas en la adsorción que utilizan materiales porosos jerárquicos han atraído una atención sustancial debido a su rentabilidad, escalabilidad y eficiencia.

El carbón activado (CA) derivado de biomasa ha cobrado relevancia como un adsorbente prometedor para la captura de CO₂. Sus principales ventajas incluyen su bajo costo de producción, hidrofobicidad, alta estabilidad térmica y química, y la posibilidad de utilizar precursores derivados de residuos. Además, el uso de biomasa residual para la producción de CA no solo mejora los esfuerzos de captura de carbono, sino que también promueve prácticas sostenibles de gestión de residuos.

Este estudio investiga la optimización de la producción de CA a partir de residuos de hojas de palmera datilera para mejorar la adsorción de CO2. Este estudio investigó sistemáticamente los efectos de parámetros críticos del proceso, como el tiempo de residencia, la temperatura de pirólisis y la relación de impregnación KOH/carbono (KOH/C). A diferencia de la mayoría de los estudios previos que se basaban en la selección intuitiva de los parámetros del proceso, este estudio empleó la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR) basada en el Diseño Compuesto Central (DCC) para diseñar sistemáticamente el marco experimental. Este enfoque abarcó más de veinte ejecuciones bajo condiciones de proceso cuidadosamente seleccionadas. Los resultados demostraron una excelente concordancia entre las condiciones óptimas predichas por el MSR y la validación experimental, lo que subraya la robustez y fiabilidad del enfoque de optimización. 

La caracterización exhaustiva del CA optimizado proporcionó información sobre la relación entre sus características fisicoquímicas, como el volumen de poro, el área superficial, la composición elemental, la distribución del tamaño de poro y los grupos funcionales, y su rendimiento de adsorción de CO₂ . Además, se calculó el calor isostérico de adsorción (Qst ) para evaluar la sensibilidad a la temperatura, mientras que las pruebas cíclicas de adsorción-desorción confirmaron la estabilidad operativa y la reutilización del CA optimizado para posibles aplicaciones a gran escala. Por lo tanto, este trabajo aborda objetivos ambientales y de sostenibilidad mediante el desarrollo de un adsorbente de alta eficacia para la captura de CO₂ utilizando abundantes residuos agrícolas locales.

En lugar de basarse en una selección intuitiva de las variables del proceso, el proceso de optimización se implementó mediante el protocolo de la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR), que proporcionó una estrategia estructurada y eficaz para la optimización del proceso. Se sintetizaron y evaluaron más de veinte muestras diferentes de CA para determinar su capacidad de adsorción de CO₂. Las condiciones óptimas, identificadas como 700 °C, 1,5 h y una relación de impregnación de 3:1 (KOH/C), produjeron CA con capacidades excepcionales de absorción de CO₂ de 6,71 mmol/g a 0 °C y 4,214 mmol/g a 25 °C, superando a la mayoría de los CA derivados de biomasa informados anteriormente. 

Este rendimiento superior se atribuye a la estructura nanoporosa bien desarrollada y al alto contenido de nitrógeno de la muestra optimizada, como lo confirmaron las isotermas de adsorción de N₂, el análisis elemental, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). El CA optimizado demostró una excelente estabilidad en múltiples ciclos de adsorción-desorción. Además, una alta entalpía isostérica de adsorción (35 kJ/mol a 0,2 mmol/g) confirmó aún más la adsorción preferencial de CO₂ en sitios de nanoporos energéticamente favorables.

Además, el adsorbente mostró una excelente estabilidad en múltiples ciclos de adsorción-desorción, lo que subraya su robustez para aplicaciones prácticas. La sensibilidad térmica de la captación de CO₂ (6,7 mmol/g a 0 °C, 2,6 mmol/g a 50 °C) destaca su idoneidad para sistemas de adsorción con oscilaciones de temperatura. Este estudio establece el potencial de los foliolos derivados de residuos de palmera datilera como precursor sostenible para carbón activado de alto rendimiento, ofreciendo una solución eficiente y sostenible para la captura de CO₂ .

Este estudio subraya el potencial de los folíolos de la palmera datilera como precursor sostenible y abundante para sintetizar CA de alta eficacia para la captura de carbono.