Un nuevo método permite romper el CO2 y convertir el gas de efecto invernadero en materiales útiles como combustibles o productos de consumo que van desde productos farmacéuticos hasta polímeros.
Normalmente, este proceso requiere una enorme cantidad de energía. Sin embargo, en el primer estudio computacional de este tipo, publicado en The Journal of Physical Chemistry, el equipo de investigación reclutó a un aliado más sostenible: el sol.
Específicamente, científicos de la Universidad del Sur de California demostraron que la luz ultravioleta (UV) podría ser muy eficaz para excitar una molécula orgánica, el oligofenileno. Tras la exposición a los rayos UV, el oligofenileno se convierte en un «anión» cargado negativamente, que transfiere fácilmente electrones a la molécula más cercana, como el CO2, lo que hace que el CO2 sea reactivo y pueda reducirse y convertirse en plásticos, medicamentos o incluso muebles.
«El CO2 es notoriamente difícil de reducir, por lo que vive durante décadas en la atmósfera», explica en un comunicado Shaama Sharada, profesora de Ingeniería Química y autora principal del estudio. «Pero este anión cargado negativamente es capaz de reducir incluso algo tan estable como el CO2, razón por la cual es prometedor y por qué lo estamos estudiando».
La concentración de dióxido de carbono en rápido crecimiento en la atmósfera terrestre es uno de los problemas más urgentes que la humanidad debe abordar para evitar una catástrofe climática. Desde el comienzo de la era industrial, los seres humanos han aumentado el CO2 atmosférico en un 45% mediante la quema de combustibles fósiles y otras emisiones. Como resultado, las temperaturas globales promedio son ahora dos grados Celsius más cálidas que en la era preindustrial.
Gracias a los gases de efecto invernadero como el CO2, el calor del sol queda atrapado en nuestra atmósfera, calentando nuestro planeta. Muchos equipos de investigación están buscando métodos para convertir el CO2 que se ha capturado de las emisiones en combustibles o materias primas a base de carbono para productos de consumo que van desde productos farmacéuticos hasta polímeros.
El proceso utiliza tradicionalmente calor o electricidad junto con un catalizador para acelerar la conversión de CO2 en productos. Sin embargo, muchos de estos métodos suelen consumir mucha energía, lo que no es ideal para un proceso que tiene como objetivo reducir los impactos ambientales. El uso de la luz solar en su lugar para excitar la molécula catalizadora es atractivo porque es energéticamente eficiente y sostenible.
«La mayoría de las otras formas de hacer esto implican el uso de productos químicos a base de metales, y esos metales son metales de tierras raras», dijo Sharada. «Pueden ser costosos, difíciles de encontrar y potencialmente tóxicos». Sharada dijo que la alternativa es utilizar catalizadores orgánicos a base de carbono para llevar a cabo esta conversión asistida por luz. Sin embargo, este método presenta desafíos propios, que el equipo de investigación pretende abordar.
El equipo utiliza simulaciones de química cuántica para comprender cómo se mueven los electrones entre el catalizador y el CO2 para identificar los catalizadores más viables para esta reacción. Sharada dijo que el trabajo fue el primer estudio computacional de este tipo, ya que los investigadores no habían examinado previamente el mecanismo subyacente de mover un electrón de una molécula orgánica como el oligofenileno al CO2.
El equipo descubrió que pueden realizar modificaciones sistemáticas al catalizador de oligofenileno, agregando grupos de átomos que imparten propiedades específicas cuando se unen a moléculas, que tienden a empujar electrones hacia el centro del catalizador, para acelerar la reacción.
