Un proceso que convierte la contaminación en materiales valiosos está un paso más cerca de ser factible

Investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Cincinnati están logrando avances significativos en la mejora de un sistema electroquímico que promete convertir las emisiones en ganancias.

Créditos de la imagen Emilian Robert Vicol.

A nadie le gusta la contaminación, pero todo el mundo ama las ganancias. Con eso en mente, los hallazgos publicados en un nuevo artículo son muy prometedores para nuestros esfuerzos para abordar el cambio climático. El estudio informa sobre un proceso de reacción en cascada que puede convertir el dióxido de carbono (CO2) en monóxido de carbono y luego en etileno, una sustancia química gaseosa que se utiliza como precursor de una amplia gama de productos poliméricos, desde envases de alimentos hasta neumáticos. Los hallazgos, entonces, nos brindan una vía rentable a través de la cual eliminar las emisiones dañinas de gases de efecto invernadero desde la fuente.

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“La importancia de la conversión en dos etapas es que podemos aumentar la selectividad y la productividad del etileno al mismo tiempo con la estrategia de bajo costo”, dijo el profesor asistente de la UC Jingjie Wu, quien dirigió la investigación. “Este proceso se puede aplicar a varias reacciones porque la estructura del electrodo es general y simple”.

El trabajo fue realizado por Wu y sus estudiantes de la UC, en colaboración con la Universidad de California Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Se basa en el trabajo anterior del graduado de la UC Tianyu Zhang, uno de los coautores principales del estudio, quien experimentó con formas de convertir el gas CO2 en metano como un medio para proporcionar capacidades de producción de combustible en el sitio para la exploración marciana.

La ‘selectividad’ que menciona Wu es la capacidad de aislar los compuestos deseados del resto del material. La ‘productividad’ se refiere a la cantidad de etileno que un reactor puede producir a partir de una determinada cantidad de materias primas.

“Estamos reduciendo selectivamente las emisiones de carbono en algo que se considera valioso debido a sus muchas aplicaciones posteriores”, dijo Zhang. “En el futuro, podemos usar esta técnica para reducir las emisiones de carbono y obtener ganancias de ella. Por lo tanto, reducir las emisiones de carbono ya no será un proceso costoso”.

Existen numerosos usos potenciales para estos materiales, en industrias que van desde la fabricación de acero y cemento, la industria química hasta el petróleo y el gas. Después de todo, el etileno se conoce informalmente como “el producto químico más importante del mundo” y se utiliza en la fabricación de una amplia gama de productos, como masas y productos plásticos, textiles o caucho. El equipo llama a su material “etileno verde”, ya que se genera a partir de fuentes renovables. El objetivo final, explican, es crear una vía económicamente viable a través de la cual los gases de efecto invernadero puedan eliminarse del medio ambiente para producir productos químicos útiles como plásticos y combustible.

“Las centrales eléctricas y las plantas de etileno emiten mucho dióxido de carbono. Nuestro objetivo es capturar el dióxido de carbono y convertirlo en etileno mediante conversión electroquímica”, dice Wu.

El equipo explica que la eficiencia del proceso se puede aumentar mediante el uso de electrodos en tándem. También experimentaron con diferentes catalizadores y descubrieron que el cobre, el catalizador utilizado tradicionalmente para la producción de etileno, no es el material más eficiente para la función. Mejorar este elemento puede aumentar aún más la productividad y la eficiencia energética del proceso, explican, haciendo que la idea sea aún más atractiva desde el punto de vista económico.

Hasta ahora, el proceso requiere más energía, en términos de costos, de lo que produce en etileno. Mediante el uso de electrodos en tándem, los ingenieros de UC pudieron aumentar la productividad y la selectividad, los cuales son indicadores clave para hacer que el proceso sea comercialmente atractivo para la industria, dijo Wu. Dicho esto, el equipo ya ha solicitado una patente sobre esta tecnología mientras trabajaba para mejorarla.

“Nuestro sistema es muy general, pero puede usar los catalizadores preferidos”, explica. “Pero incluso con cobre comercial pudimos más que duplicar el rendimiento. Con un catalizador aún mejor, podríamos resolver el problema económico. La tecnología ha mejorado mucho en 10 años. Entonces, en los próximos 10 años, soy optimista, veremos avances similares. Esto es un cambio de juego”.

Se ha publicado el artículo “Reducción altamente selectiva y productiva de dióxido de carbono a productos multicarbonados mediante la gestión de CO in situ utilizando electrodos en tándem segmentados”. publicado en el diario Naturaleza Catálisis.