Reciclaje del dióxido de carbono en productos químicos domésticos
Un nuevo catalizador transforma el dióxido de carbono de las emisiones industriales en sustancias químicas de uso común
Un catalizador de bajo coste a base de estaño puede convertir selectivamente el dióxido de carbono en tres sustancias químicas de amplia producción: etanol, ácido acético y ácido fórmico.
Investigadores experimentan con catalizadores a base de estaño que convierten eficazmente el CO2 en etanol, ácido acético o ácido fórmico. En la imagen, los investigadores de Argonne Haozhe Zhang y Jianxin Wang.
Image by Argonne National Laboratory
Las emisiones de muchas actividades industriales esconden un recurso sin explotar: el dióxido de carbono (CO2). Este gas, que contribuye al efecto invernadero y al calentamiento global, podría capturarse y convertirse en productos químicos de valor añadido.
En un proyecto de colaboración entre el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE), la Universidad del Norte de Illinois y la Universidad de Valparaíso, los científicos han descubierto una familia de catalizadores que convierte eficazmente el CO2 en etanol, ácido acético o ácido fórmico. Estos hidrocarburos líquidos figuran entre las sustancias químicas más producidas en Estados Unidos y se encuentran en muchos productos comerciales. Por ejemplo, el etanol es un ingrediente clave de numerosos productos domésticos y un aditivo de casi toda la gasolina estadounidense.
Los catalizadores se basan en estaño metálico depositado sobre un soporte de carbono. "Si se desarrollan plenamente, nuestros catalizadores podrían convertir el CO2 producido en diversas fuentes industriales en valiosos productos químicos", afirmó Di-Jia Liu. "Estas fuentes incluyen centrales eléctricas de combustibles fósiles e instalaciones de biofermentación y tratamiento de residuos". Liu es químico titular en Argonne y científico titular en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago.
"Nuestro hallazgo de un cambio en la ruta de reacción por el tamaño del catalizador no tiene precedentes". - Di-Jia Liu, químico sénior.
El método utilizado por el equipo se denomina conversión electrocatalítica, lo que significa que la conversión de CO2 sobre un catalizador es impulsada por la electricidad. Variando el tamaño del estaño utilizado, de átomos individuales a grupos ultrafinos y también a nanocristalitos más grandes, el equipo pudo controlar la conversión del CO2 en ácido acético, etanol y ácido fórmico, respectivamente. La selectividad para cada uno de estos productos químicos fue del 90% o superior. Nuestro hallazgo de una vía de reacción cambiante por el tamaño del catalizador no tiene precedentes", afirmó Liu.
Los estudios computacionales y experimentales revelaron varias ideas sobre los mecanismos de reacción que forman los tres hidrocarburos. Uno de ellos es que la ruta de reacción cambia por completo cuando el agua ordinaria utilizada en la conversión se sustituye por agua deuterada (el deuterio es un isótopo del hidrógeno). Este fenómeno se conoce como efecto cinético isotópico. Nunca antes se había observado en la conversión de CO2.
Esta investigación se benefició de dos instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE en Argonne - la Fuente Avanzada de Fotones (APS) y el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM). Usando los haces de rayos X duros disponibles en la APS, capturamos las estructuras químicas y electrónicas de los catalizadores basados en estaño con diferentes cargas de estaño", dijo Chengjun Sun, físico de Argonne. Además, la alta resolución espacial posible con un microscopio electrónico de transmisión en el CNM permitió obtener imágenes directas de la disposición de los átomos de estaño, desde átomos individuales hasta pequeños grupos, con las diferentes cargas de catalizador".
Según Liu, "nuestro objetivo final es utilizar la electricidad generada localmente a partir de energía eólica y solar para producir los productos químicos deseados para el consumo local".
Para ello habría que integrar los catalizadores recién descubiertos en un electrolizador de baja temperatura para llevar a cabo la conversión del CO2 con electricidad suministrada por energías renovables. Los electrolizadores de baja temperatura pueden funcionar a temperatura y presión cercanas a las ambientales. Esto permite un arranque y parada rápidos para adaptarse al suministro intermitente de energía renovable. Es una tecnología ideal para este fin.
"Si podemos producir selectivamente sólo los productos químicos necesarios cerca del emplazamiento, podemos ayudar a reducir los costes de transporte y almacenamiento de CO2 ", señaló Liu. "Sería realmente una situación beneficiosa para todos los que adopten nuestra tecnología a nivel local".
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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