Los investigadores descubren un elusivo cuello de botella que frena el esfuerzo mundial por convertir los residuos de dióxido de carbono en productos aprovechables
Piense en ello como un reciclaje a nanoescala: un tentador proceso electroquímico que puede recoger carbono antes de que se convierta en contaminación atmosférica y reestructurarlo en componentes de productos cotidianos.
Un equipo de investigadores de la Universidad McMaster, en colaboración con expertos en química computacional de la Universidad Técnica Danesa de Copenhague, ha descubierto cómo funciona el proceso y dónde se atasca.
Los investigadores se propusieron resolver por qué los materiales sintéticos que han demostrado catalizar y convertir el dióxido de carbono se descomponen con demasiada rapidez para que el proceso resulte práctico a nivel industrial.
Gracias a los potentísimos equipos de aumento del Centro Canadiense de Microscopía Electrónica (CCEM), situado en el campus de McMaster, los investigadores pudieron captar la reacción química a escala nanométrica -milmillonésimas partes de un metro-, lo que les permitió estudiar el proceso de conversión y comprender cómo se descompone el catalizador en condiciones de funcionamiento.
El autor principal, Ahmed Abdellah, pasó años desarrollando las técnicas que hicieron posible observar el proceso, utilizando un reactor electroquímico lo bastante pequeño como para funcionar bajo los microscopios electrónicos del centro.
"Para nosotros es emocionante que por primera vez alguien haya podido observar tanto las formas de estas estructuras como sus estructuras cristalinas, para ver cómo evolucionan a nanoescala", afirma Abdellah, antiguo estudiante de doctorado en el laboratorio de ingeniería química de Drew Higgins y ahora becario postdoctoral en el CCEM.
Higgins, uno de los autores del artículo, que acaba de publicarse en la revista Nature Communications, espera que la nueva información facilite el esfuerzo mundial por reducir la contaminación por carbono extrayendo el dióxido de carbono de los flujos de residuos y reciclándolo en su lugar para crear productos útiles que, de otro modo, se producirían a partir de combustibles fósiles.
"Lo que hemos descubierto es que los catalizadores que pueden convertir el dióxido de carbono en combustibles y productos químicos se reestructuran con bastante rapidez en condiciones de funcionamiento. Sus estructuras y propiedades cambian ante nuestros propios ojos", explica Higgins. "Eso determina su eficacia en la conversión del dióxido de carbono y su duración. Al final, los catalizadores se degradan y dejan de funcionar, y queremos saber por qué y cómo lo hacen para poder desarrollar estrategias que mejoren su vida útil".
Abdellah, Higgins y sus colegas confían en que tanto ellos como otros investigadores de todo el mundo puedan utilizar los resultados de la investigación descritos en el nuevo artículo para conseguir que los materiales reactivos duren más y catalicen el proceso de forma más eficiente, con el fin de poder ampliar el proceso de laboratorio para su uso comercial.
Industrias como la fabricación de cemento, la elaboración de cerveza y la destilación, así como las refinerías químicas, producen grandes volúmenes de dióxido de carbono fácilmente recuperable, explica Higgins, lo que las convierte en probables primeros objetivos para implantar la tecnología una vez mejorada hasta el punto en que sea comercialmente viable.
Después vendrían otras formas menos concentradas deCO2 en los residuos industriales.
Aunque hoy es una posibilidad remota, Higgins dice que es posible que la misma tecnología sea lo bastante eficaz y estable para extraer dióxido de carbono del aire ambiente como "materia prima" para combustibles y productos químicos útiles.
"Aún falta mucho, pero los avances en este campo de la investigación y el desarrollo han sido muy rápidos en los últimos cinco años", afirma Higgins. "Hace diez años, la gente no pensaba en este tipo de conversión, pero ahora empezamos a ver promesas". Sin embargo, la eficiencia y la durabilidad aún no son suficientes. Una vez eliminados estos cuellos de botella, esta idea puede despegar de verdad".
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Publicación original
Ahmed M. Abdellah, Fatma Ismail, Oliver W. Siig, Jie Yang, Carmen M. Andrei, Liza-Anastasia DiCecco, Amirhossein Rakhsha, Kholoud E. Salem, Kathryn Grandfield, Nabil Bassim, Robert Black, Georg Kastlunger, Leyla Soleymani, Drew Higgins; "Impact of palladium/palladium hydride conversion on electrochemical CO2 reduction via in-situ transmission electron microscopy and diffraction"; Nature Communications, Volume 15, 2024-1-31
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