Crean un catalizador que mejora notablemente la conversión del CO2 capturado en combustibles neutros en carbono
- Los investigadores imaginan un ciclo neutro en carbono en el que el dióxido de carbono se recolecta, se convierte en combustible y se quema nuevamente, volviendo después a repetir el mismo proceso.
Los ingenieros que trabajan para revertir la proliferación de gases de efecto invernadero saben que, además de reducir las emisiones de dióxido de carbono, también necesitaremos eliminar el dióxido de carbono de los gases de las centrales eléctricas o de la atmósfera. Pero, ¿qué hacemos con todo ese carbono capturado? Matteo Cargnello, ingeniero químico de la Universidad de Stanford, está trabajando para convertirlo en otros productos químicos de valor, como propano, butano u otros combustibles de hidrocarburos que se componen de largas cadenas de carbono e hidrógeno.
Un nuevo catalizador, inventado por Cargnello y su equipo, avanza hacia este objetivo al aumentar la producción de hidrocarburos de cadena larga en las reacciones químicas. Éste produjo 1.000 veces más butano, el hidrocarburo más largo que podía producir bajo su presión máxima, que el catalizador estándar dadas las mismas cantidades de dióxido de carbono, hidrógeno, catalizador, presión, calor y tiempo. El nuevo catalizador está compuesto por el elemento rutenio, un metal de transición raro que pertenece al grupo del platino, recubierto con una fina capa de plástico. Como cualquier catalizador, esta invención acelera las reacciones químicas sin agotarse en el proceso. El rutenio también tiene la ventaja de ser menos costoso que otros catalizadores de alta calidad, como el paladio y el platino.
Cargnello y sus compañeros describen el catalizador y los resultados de sus experimentos en su último artículo , publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Un proyecto con 7 años a las espaldas
Cargnello y su equipo tardaron siete años en descubrir y perfeccionar el nuevo catalizador. El problema: cuanto más larga es la cadena de hidrocarburos, más difícil es producirlos. La unión de carbono a carbono requiere calor y una gran presión, lo que hace que el proceso sea costoso y requiera mucha energía.
En este sentido, la capacidad del nuevo catalizador para producir combustible a partir de la reacción es un gran avance, afirma Cargnello. El reactor de su laboratorio solo necesitaría mayor presión para producir todos los hidrocarburos de cadena larga, algo que ya tienen en marcha.
La gasolina es líquida a temperatura ambiente y, por lo tanto, mucho más fácil de manejar que sus hermanos gaseosos de cadena corta (metano, etano y propano), que son difíciles de almacenar y propensos a dispersarse. Cargnello y otros investigadores que trabajan para hacer combustibles líquidos a partir del carbono capturado imaginan un ciclo neutro en carbono en el que el dióxido de carbono se recolecta, se convierte en combustible y se quema nuevamente, volviendo después a repetir el mismo ciclo.
Perfeccionando el polímero
La clave del notable aumento de la reactividad es esa capa de plástico poroso en el rutenio, explica Chengshuang Zhou, candidato a doctor en el laboratorio de Cargnello, quien realizó la búsqueda y la experimentación necesarias para refinar el nuevo recubrimiento. Un catalizador sin recubrimiento funciona bien, dijo, pero solo produce metano, el hidrocarburo de cadena más corta, que tiene solo un átomo de carbono unido a cuatro hidrógenos.
“Un catalizador sin recubrimiento se cubre con demasiado hidrógeno en su superficie, lo que limita la capacidad del carbono para encontrar otros carbonos con los que unirse”, dijo Zhou. “El polímero poroso controla la relación carbono-hidrógeno y nos permite crear cadenas de carbono más largas a partir de las mismas reacciones. Esta interacción particular y crucial se demostró utilizando técnicas de sincrotrón en el Laboratorio Nacional SLAC en colaboración con el equipo del Dr. Simon Bare, quien dirige Co-Access allí”.
Si bien los hidrocarburos de cadena larga son un uso innovador del carbono capturado, no son perfectos, reconoce Cargnello. También está trabajando en otros catalizadores y procesos similares que convierten el dióxido de carbono en sustancias químicas industriales valiosas, como las olefinas utilizadas para fabricar plásticos, metanol y el santo grial, el etanol, todos los cuales pueden secuestrar carbono sin devolver el dióxido de carbono a los cielos.
“Si podemos hacer olefinas a partir de CO2 para fabricar plásticos lo habremos secuestrado en un sólido almacenable a largo plazo”, señala Cargnello.
Otros coautores, todos en Stanford, son Simon Bare, del SLAC National Accelerator Laboratory; Stacey Bent, vicerrectora de educación de posgrado y asuntos posdoctorales y profesora de ingeniería química; Adam Hoffman, científico asociado, SLAC; los académicos posdoctorales Arun Asundi, Emmett Goodman, Jiun Hong y Baraa Werghi; y el estudiante de doctorado Sindhu Nathan.
Fuente: Stanford University
