Cómo hacer combustibles líquidos con CO2

  • El dióxido de carbono (CO2) es un producto de la quema de combustibles fósiles y el gas de efecto invernadero más común, pero también tiene el potencial de convertirse de manera sostenible en combustibles líquidos.

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Mejorando los procesos

Para convertir las emisiones de CO2 en una materia prima combustible se emplea un proceso conocido como ‘reducción electroquímica’. Pero para que la materia prima obtenida sea comercialmente viable se necesitan introducir cambios significativos, que permitan seleccionar o producir una mayor cantidad de productos ricos en carbono.

La revista Nature Energy publicó una investigación llevada a cabo por científicos de Berkeley Lab, que han mejorado la selectividad del proceso mediante el desarrollo de un nuevo enfoque, basado en la modificación de la superficie de los catalizadores de cobre que son utilizados en el mencionado proceso.

Alexis Bell es científico senior de la facultad de la División de Ciencias Químicas y profesor de ingeniería química y fue uno de los participantes del estudio. Según él, si bien sabían que el cobre es el mejor catalizador para esta reacción, éste no les permitía la alta selectividad que buscaban, por lo que probaron varias alternativas.

En estudios anteriores, los investigadores habían establecido las condiciones precisas que proporcionaban el mejor entorno eléctrico y químico para crear productos ricos en carbono y comercialmente interesantes. Pero esas condiciones son contrarias a las que ocurren naturalmente en una celda de combustible típica, que utiliza un material conductor a base de agua.

Un pequeño gran cambio

Para identificar un diseño que podría usarse en el entorno acuoso de las celdas de combustible, Bell y su equipo, como parte del proyecto Liquid Sunlight Alliance Energy Innovation Hub del Departamento de Energía, recurrieron a capas delgadas de ionómeros, polímeros que permiten el paso de ciertas moléculas cargadas (iones) excluyendo a otras. Esta química altamente selectiva tiene una fuerte influencia en el microambiente.

Chanyeon Kim, investigador postdoctoral del grupo del profesor Bell y autor principal del artículo, propuso recubrir la superficie del catalizador de cobre con dos ionómeros comunes: Nafion y Sustainion. Al hacerlo, el equipo planteó la hipótesis de que deberían modificar el medio ambiente, incluido el pH y las cantidades de CO2 y agua en las inmediaciones del catalizador, para dirigir la reacción hacia la generación de productos ricos en carbono que resultan útiles, como los combustibles líquidos.

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Los investigadores aplicaron una capa delgada de cada ionómero, así como una bicapa de ambos, a unas películas de cobre soportadas por un material polimérico, formando membranas que podrían insertar cerca de un extremo de una celda electroquímica del tamaño de una mano.

Mientras alimentaban con CO2 a la celda y aplican un voltaje, midieron la corriente total que fluía y los gases y líquidos que se acumulaban en los depósitos contiguos durante la reacción. Para el caso de las dos capas, descubrieron que los productos ricos en carbono representaban el 80% de la energía consumida por la reacción, frente al 60% que acaecía sin recubrimiento.

Producir a partir del CO2

Para Bell, este recubrimiento tipo ‘sándwich’ ofrece lo mejor de ambas opciones: alta selectividad de producto y excelente índice de actividad. La superficie bicapa favoreció no sólo la transformación de los productos ricos en carbono, sino que al mismo tiempo generó una fuerte corriente eléctrica, lo que indica una mayor actividad.

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Tras varias experiencias concluyeron que, en lugar de crear un catalizador completamente nuevo, aplicaron lo que ya sabían a la cinética de una reacción y han logrado cambiar el entorno dentro mismo del catalizador. Los investigadores creen que esta podría ser una forma versátil y creativa de utilizar el exceso del pernicioso dióxido de carbono.

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