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jueves, junio 1, 2023

Cómo reciclar el CO2 en materiales carbonosos

Investigadores de Japón han desarrollado un nuevo método para la reducción electroquímica de dióxido de carbono utilizando sales fundidas a alta temperatura. De esta forma logran quitarlo de la atmosfera y reutilizarlo.

¿Cómo reciclar el CO2 en materiales carbonosos? El dióxido de carbono es un importante gas de efecto invernadero emitido a través de varios tipos de actividades humanas. En un esfuerzo por disminuir la huella de carbono de la humanidad, los científicos de todo el mundo intentan continuamente explorar nuevos métodos para reducir las emisiones atmosféricas de CO2. Y para recuperarlo y reciclarlo en productos de utilidad.

En este sentido, el método electroquímico de reducción de CO2 a otras formas carbonosas como monóxido de carbono, alcoholes e hidrocarburos ha ganado una atención considerable. En este contexto, los investigadores ambientales de la Universidad de Doshisha, Japón, dirigidos por el profesor Takuya Goto, publicaron recientemente un estudio centrado en este tema.

En el mismo se demostró la factibilidad de uno de esos métodos para convertir CO2 en nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) utilizando sales fundidas a través de electroquímica sostenible.

Técnicas sostenibles

Utilizando una técnica electroquímica sostenible, el equipo de investigación facilitó la conversión de CO2 en MWCNT mediante la fusión de LiCl-KCl. Las sales fundidas se saturaron con gas CO2 y se utilizó como electrodo sustrato de níquel (Ni) semisumergido.

El dióxido de carbono suministrado se convirtió electroquímicamente en carbono sólido al final del procedimiento. Esta conversión verde se produjo a través de una reacción de reducción en la interfase de Ni electrodo/LiCl-KCl fundido/CO2.

“Se estudió la reducción electroquímica de CO 2 en un electrodo de Ni en fusión de LiCl-KCl a 723 K. Bajo alta polarización, se formó un supermenisco en la interfaz trifásica del electrodo de Ni/LiCl-KCl fundido/ gas CO2. Donde progresó la reducción electroquímica directa de CO2 a carbono sólido. Se obtuvo carbono sólido en el área humedecida del electrodo de Ni, así como en la sal fundida a granel mediante la técnica electroquímica”, comenta el Prof. Goto.

Parte de un cristal SU-102. Las áreas oscuras son poros de un nanómetro de ancho, la imagen fue tomada usando un microscopio electrónico. CRÉDITO:
Tom Willhammar

Caracterización del carbono

La posterior caracterización del carbono depositado con electrodos utilizando técnicas de microscopía electrónica y análisis elemental reveló que el material carbonoso obtenido consistía en MWCNT. Es decir, nanoestructuras comercialmente viables, que tenían entre 30 y 50 nm de diámetro.

Luego, el equipo varió el voltaje aplicado y extendió el tiempo de reacción. Así logró registrar cambios notables en los MWCNT. La altura de los MWCNT generados aumentó después de que el tiempo de electrólisis aumentara de 10 min a 180 min.

“Estudiamos la dependencia del potencial aplicado y el tiempo electrolítico con la morfología y la cristalinidad del carbón electrodepositado. Sobre la base de nuestros resultados experimentales, propusimos un modelo para la formación de MWCNT en el electrodo de Ni”, destaca el Prof. Goto.

El modelo propuesto para la generación de MWCNTs a partir de CO2 se describe en tres etapas. La primera etapa implica la reducción de CO2 a átomos de carbono en la interfase Ni/LiCl-KCl fundido/CO₂. Durante la segunda etapa, los átomos de carbono electrodepositados forman compuestos de Ni-C (como NiC) en la superficie del electrodo de Ni. Finalmente, cuando se alcanza el límite de solubilidad del carbono en los compuestos de Ni-C, los MWCNT de forma cilíndrica crecen desde el borde de los compuestos de Ni-C generados durante la segunda etapa.

Un proceso novedoso

En resumen, el estudio identifica un proceso novedoso y sostenible, para convertir el CO2 en materiales carbonosos comercialmente útiles. Además, el proceso electroquímico empleado es respetuoso con el medio ambiente debido a que no se utiliza combustible fósil. Y el uso de sales fundidas de alta temperatura es único porque permite la conversión directa de gas CO 2 en MWCNT.

“Nuestros resultados indican que el CO₂ se puede convertir en materiales funcionales carbonosos. Al combinar ánodos generadores de oxígeno no consumibles, esta técnica puede contribuir al desarrollo de una tecnología de reciclaje de carbono. Que no solo resolverá los problemas ambientales globales, sino que también desempeñará un papel importante en las economías de fijación de precios del carbono. El proceso de producción de materiales, que no utiliza combustibles fósiles, ayudará a crear, en un futuro próximo, una sociedad basada en la sostenibilidad”, concluye un optimista Prof. Goto. ¿Cómo reciclar el CO2 en materiales carbonosos?

Referencia: el estudio fue publicado en Electrochimica e incluyó contribuciones del Dr. Yuta Suzuki del Harris Science Research Institute y el Sr. Tsubasa Takeda del Departamento de Ciencias del Medio Ambiente y Modelado Matemático.

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