¿Podemos deshacer la quema de petróleo, gas y carbón?
Productos químicos de plataforma a partir de CO2: bienvenidos los defectos
¿Es posible volver a convertirel CO2 en combustibles u otros productos químicos útiles? Por supuesto, pero todavía no de forma muy específica. El investigador del Empa Alessandro Senocrate está buscando defectos en los materiales que nos ayuden a conseguir este objetivo.
Los investigadores del Empa diseñaron este sistema para analizar simultáneamente varias sustancias químicas de la plataforma.
Empa
¿Podemos acabar con la quema de petróleo, gas y carbón? Con una fuente renovable de electricidad, algo de agua y un catalizador adecuado, el exceso deCO2 en la atmósfera podría convertirse en un recurso, por ejemplo para la producción de combustibles sintéticos, los llamados synfuels.
Esta prometedora idea está atrayendo muchas investigaciones, incluso en Empa, porque la conversión es difícil de llevar a la práctica. Por ejemplo, una reacción con un catalizador de cobre -el catalizador más estudiado para la conversión de dióxido de carbono- produce entre 15 y 20 tipos diferentes de moléculas, desde monóxido de carbono y metano hasta propanol y ácido acético. "Algunos de estos compuestos son líquidos a temperatura ambiente, otros son gaseosos", explica Alessandro Senocrate, investigador del Empa. "Es extremadamente difícil separar todos estos productos entre sí".
Senocrate, que trabaja en el laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa, dirigido por Corsin Battaglia, se propone investigar una posible solución a este problema durante los próximos cuatro años. El proyecto está financiado por una beca Ambizione de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF) e integrado temáticamente en el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) Catálisis. El objetivo del proyecto es desarrollar nuevos catalizadores para la conversión de CO2. Para ello, Senocrate no se centra en el material en sí, sino en los denominados defectos. Los defectos en un material cristalino se producen, por ejemplo, cuando falta un átomo en su red cristalina o se sustituye por un átomo diferente. Estos defectos introducen propiedades diferentes en los materiales que los albergan y, por tanto, pueden servir como sitios activos únicos, donde tiene lugar la catálisis.
Donde las pilas no son una opción
En primer lugar, el investigador planea investigar qué defectos conducen a qué productos de reacción. "Idealmente, podemos utilizar este conocimiento para diseñar catalizadores que produzcan moléculas específicas durante la conversión delCO2 en lugar de una mezcla", explica. Algunas de las posibles moléculas objetivo son de especial interés para la industria. Entre ellas están el monóxido de carbono y el etileno. Estas moléculas son las denominadas sustancias químicas de plataforma: Son los materiales de partida de numerosos procesos químicos, incluida la producción de la mayoría de los plásticos. "Ya disponemos de una cadena de valor completa para estas sustancias químicas de plataforma", afirma Senocrate. "Sin embargo, hoy en día se producen casi exclusivamente a partir de fuentes fósiles". Por tanto, hay una gran demanda de fuentes alternativas y más ecológicas de productos químicos basados en el carbono, ya sea a partir de la conversión delCO2 o de la biomasa.
Además de plásticos, las plataformas químicas también pueden utilizarse para fabricar combustibles. Otros proyectos de investigación de Empa se centran en la producción de combustibles sintéticos. "Los coches se pueden electrificar muy bien", dice Alessandro Senocrate. "Pero es otra historia para los aviones y para muchos procesos industriales que consumen mucha energía".
La ventaja de los combustibles líquidos, como el queroseno, es su altísima densidad energética, que puede llegar a multiplicar por 100 la de las baterías. Por eso, los combustibles producidos con energías renovables son también una opción especialmente atractiva para el almacenamiento estacional de energía. La infraestructura para el transporte y almacenamiento de los combustibles sintéticos ya existe, pues su composición es casi idéntica a la de los combustibles fósiles. Lo único que falta es la capacidad de producirlos a gran escala. Senocrate es optimista: "Llevo pocos años trabajando en este campo y, sin embargo, ya he visto avances increíbles", afirma el científico. "Por supuesto, también requerirá importantes cambios políticos y sociales. Pero desde el punto de vista de la ciencia de los materiales, el progreso es rápido".
Perfeccionar la tecnología
Antes de que Senocrate pueda contribuir a este progreso con su proyecto Ambizione, aún tiene que superar algunos retos. Uno de los mayores: introducir suficientes defectos en el material objetivo para lograr un efecto catalizador medible. El investigador utiliza deliberadamente un material de partida inerte que no influye en la reacción electroquímica sin los defectos. "Esto me permite determinar con mucha precisión qué efecto tienen los respectivos defectos", explica.
Una vez caracterizados los defectos, también se pueden insertar en materiales catalíticos ya existentes. "Lo ideal sería que, al final del proyecto, pudiéramos mejorar un sistema existente para la conversión deCO2 de forma selectiva", afirma Senocrate. Este tipo de sistemas ya se utilizan en el laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía, donde los investigadores desarrollan diferentes catalizadores y materiales para electrodos.
Las exigencias a estos materiales son altas: "Para su uso industrial, el catalizador debe ser selectivo, activo y estable", explica Senocrate. Selectividad significa que sólo produzca una única sustancia química, o al menos un pequeño número de sustancias químicas que puedan separarse fácilmente. Se requiere una gran actividad para producir la máxima cantidad de sustancias químicas o combustibles con un mínimo de energía. Y, por supuesto, un catalizador listo para el mercado debe mantener una selectividad y una actividad elevadas durante miles de horas de funcionamiento, es decir, ser estable. "Todavía tenemos que mejorar mucho en las tres propiedades", dice el investigador. "Pero estamos haciendo progresos".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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