¿Por qué hacer un solo experimento a la vez cuando puedes hacer diez?
Combustibles y productos químicos sintéticos a partir de CO₂: Diez experimentos en paralelo
Investigadores del Empa han desarrollado un sistema automatizado que permite investigar catalizadores, electrodos y condiciones de reacción para la electrólisis de CO₂ hasta diez veces más rápido. El sistema se complementa con un software de código abierto para el análisis de datos.
Si se mezcla combustible fósil con un poco de oxígeno y se añade una chispa, se producen tres cosas: agua, dióxido de carbono que calienta el clima y mucha energía. Esta reacción química fundamental tiene lugar en todos los motores de combustión, ya funcionen con gasolina o queroseno. En teoría, esta reacción puede invertirse: añadiendo energía (renovable), el CO₂ liberado previamente puede volver a convertirse en combustible (sintético).
Esta fue la idea clave de la iniciativa conjunta SynFuels, financiada por el Consejo de la ETH. Investigadores de Empa y del Instituto Paul Scherrer (PSI) dedicaron tres años a buscar formas de producir combustibles sintéticos -conocidos como synfuels- de forma económica y eficiente a partir de CO₂. Sin embargo, esta reacción plantea problemas: por un lado, la electrólisis del CO₂ no sólo produce el combustible que se quemó anteriormente. Al contrario, pueden formarse simultáneamente más de 20 productos diferentes, difíciles de separar unos de otros.
La composición de estos productos puede controlarse de varias maneras, por ejemplo mediante las condiciones de reacción, el catalizador utilizado y la microestructura de los electrodos. El número de combinaciones posibles es enorme y examinar cada una por separado llevaría demasiado tiempo. ¿Cómo pueden los científicos encontrar la mejor? Los investigadores del Empa han acelerado este proceso 10 veces.
Acelerar la investigación
En el marco del proyecto SynFuels, investigadores dirigidos por Corsin Battaglia y Alessandro Senocrate, del laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa, han desarrollado un sistema que permite investigar simultáneamente hasta diez condiciones de reacción distintas, así como materiales para catalizadores y electrodos. Los investigadores acaban de publicar en la revista Nature Catalysis los planos del sistema y el software que lo acompaña.
El sistema consta de diez "reactores": pequeñas cámaras con catalizadores y electrodos en las que tiene lugar la reacción. Cada reactor está conectado a múltiples entradas y salidas de gas y líquido y a diversos instrumentos a través de cientos de metros de tuberías. Numerosos parámetros se registran de forma totalmente automática, como la presión, la temperatura, los flujos de gas y los productos líquidos y gaseosos de la reacción, todo ello con una alta resolución temporal.
"Por lo que sabemos, éste es el primer sistema de este tipo para electrólisis de CO₂", afirma el investigador postdoctoral del Empa Alessandro Senocrate. "Produce un gran número de conjuntos de datos de alta calidad, que nos ayudarán a hacer descubrimientos acelerados". Cuando se desarrolló el sistema, algunos de los instrumentos necesarios ni siquiera estaban disponibles en el mercado. En colaboración con la empresa Agilent Technologies, los investigadores de Empa codesarrollaron el primer dispositivo de cromatografía líquida en línea del mundo, que identifica y cuantifica en tiempo real los productos líquidos de reacción durante la electrólisis de CO₂.
Compartir los datos de la investigación
Realizar experimentos diez veces más rápido también genera diez veces más datos. Para analizar estos datos, los investigadores han desarrollado una solución informática que ponen a disposición de científicos de otras instituciones en código abierto. También quieren compartir los datos con otros investigadores. "Hoy en día, los datos de investigación suelen desaparecer en un cajón en cuanto se publican los resultados", explica Corsin Battaglia, jefe del laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa. Un proyecto de investigación conjunto entre Empa, PSI y ETH Zurich, que lleva el nombre de PREMISE, pretende evitarlo: "Queremos crear métodos normalizados para almacenar y compartir datos", explica Battaglia. "Así, otros investigadores podrán obtener nuevos conocimientos a partir de nuestros datos, y viceversa".
El acceso abierto a los datos de investigación también es una prioridad en otras actividades de investigación del laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía. Esto incluye el Centro Nacional de Competencia en Investigación NCCR Catalysis, que se centra en la química sostenible. El nuevo sistema paralelo de electrólisis de CO₂ está llamado a desempeñar un papel importante en la segunda fase de este proyecto nacional a gran escala, y tanto los datos generados como los conocimientos técnicos se pondrán a disposición de otras instituciones de investigación suizas. Para ello, los investigadores del Empa seguirán perfeccionando tanto el hardware como el software en el futuro.
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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