26 nov 2020

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Química verde

Investigadores consiguen convertir CO2 en combustible líquido

Un equipo de investigadores ha desarrollado un método para convertir este gas contaminante en energía eléctrica

El método, aún en fase experimental, ha demostrado una eficacia de conversión del 42%

Europa Press

Fábrica de procesamiento de basuras en la India.

Fábrica de procesamiento de basuras en la India. / Ajay Verma (Reuters)

Científicos de la Universidad de Rice han logrado que un gas de efecto invernadero común pueda ser reutilizado de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente gracias a una herramienta que utiliza electricidad que provenga de energías renovables para convertir CO2 en combustibles líquidos puros.

El reactor catalítico desarrollado por el ingeniero químico y biomolecular del laboratorio de la Universidad de Rice, Haotian Wang, utiliza dióxido de carbono (CO2) como materia prima y, en su último prototipo, produce altas concentraciones de ácido fórmico altamente purificado. El método, publicado en la revista'Nature Energy', ha demostrado una eficiencia de conversión de energía de aproximadamente el 42%. Eso significa que casi la mitad de la energía eléctrica puede almacenarse en ácido fórmico como combustible líquido.

El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero, que desde el pasado mayo ha superado el récord de concentración en la atmósfera registrado hasta la fecha, y que continúa creciendo de manera exponencial.  

A pesar de todo, los investigadores destacan como esta técnica no está basada en un aumento producción del CO2, sino que con ella se pretende reducir la concentración de este gas. "El panorama general es que la reducción de dióxido de carbono es muy importante por su efecto sobre el calentamiento global y por la síntesis de la química verde", comenta Wang. "Si la electricidad proviene de fuentes renovables como el sol o el viento, podemos crear un circuito que convierta el dióxido de carbono en algo importante sin emitir más", concluye el investigador.

Industria química

"El ácido fórmico es un portador de energía" ha afirmado Wang. "Es un combustible de celda de combustible que puede generar electricidad y emitir dióxido de carbono, que puedes tomar y reciclar nuevamente".

Además, es fundamental en la industria de la ingeniería química como materia prima para otros productos químicos y un material de almacenamiento de hidrógeno que puede contener casi 1.000 veces la energía del mismo volumen de gas hidrógeno, que "es difícil de comprimir", según Wang. "Ese es actualmente un gran desafío para los automóviles con celdas de combustible de hidrógeno",  ha advertido.

Dos avances hicieron posible el nuevo dispositivo, según indica el autor principal e investigador postdoctoral de Rice, Chuan Xia. El primero fue el desarrollo de un catalizador de bismuto bidimensional robusto; el segundo, un electrolito de estado sólido que elimina la necesidad de contar con sal como parte de la reacción.

Mejora del catalizador

"El bismuto es un átomo muy pesado, en comparación con los metales de transición como el cobre, el hierro o el cobalto" ha explica Wang. "Su movilidad es mucho menor, particularmente en condiciones de reacción. De modo que estabiliza el catalizador". Además, el reactor está estructurado para evitar que el agua entre en contacto con el catalizador, lo que también ayuda a preservarlo.

Xia puede fabricar los nanomateriales a granel. "Actualmente, las personas producen catalizadores en las escalas de miligramos o gramos", apunta el científico, que revela que el equipo desarrolló una forma de producirlos a escala de kilogramos, lo que permitirá que el proceso sea más fácil para la industria.

Conductividad sin sales

Por otro lado, el electrolito sólido está recubierto con ligandos de ácido sulfónico para conducir carga positiva. "Por lo general, las personas reducen el dióxido de carbono en un electrolito líquido tradicional como el agua salada" ha explicado Wang. "Quieres que conduzca la electricidad, pero el electrolito de agua pura es demasiado resistente. Necesitas agregar sales como cloruro de sodio o bicarbonato de potasio para que los iones puedan moverse libremente en el agua".

Pero cuando se genera ácido fórmico de tal manera, se mezcla con las sales, añade el investigador. "Para la mayoría de las aplicaciones, tienes que eliminar las sales del producto final, lo que requiere mucha energía y costo. Por lo tanto, empleamos electrolitos sólidos que conducen protones y pueden estar hechos de polímeros insolubles o compuestos inorgánicos, eliminando la necesidad de sales".