El CO 2 capturado se puede convertir en combustibles neutros en carbono, pero se necesitan avances tecnológicos. En una nueva investigación, un nuevo catalizador aumentó la producción de hidrocarburos de cadena larga en reacciones químicas unas 1000 veces más que los métodos existentes.

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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 los cielos. 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 útiles, como propano, butano u otros combustibles de hidrocarburos que se componen de largas cadenas de carbono e hidrógeno.

“Podemos crear gasolina, básicamente”, dijo Cargnello, quien es profesor asistente de ingeniería química. “Para capturar la mayor cantidad de carbono posible, desea los hidrocarburos de cadena más larga. Las cadenas con ocho a 12 átomos de carbono serían lo ideal”.

Un nuevo catalizador, inventado por Cargnello y sus colegas, avanza hacia este objetivo al aumentar la producción de hidrocarburos de cadena larga en las reacciones químicas. Produjo 1000 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 su equipo describen el catalizador y los resultados de sus experimentos en su último artículo , publicado esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Chengshuang Zhou sostiene viales de rutenio, a la izquierda, y el catalizador revestido, mientras que Matteo Cargnello sostiene el tubo utilizado para los experimentos de reacción. Imagen: Mark Golden.

Enganche de siete años

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 gasolina a partir de la reacción es un gran avance, dijo Cargnello. El reactor de su laboratorio solo necesitaría una mayor presión para producir todos los hidrocarburos de cadena larga para la gasolina, y están en proceso de construir un reactor de mayor presión.

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 filtrarse hacia el cielo . Cargnello y otros investigadores que trabajan para hacer combustibles líquidos a partir del carbono capturado imaginan un ciclo neutral en carbono en el que el dióxido de carbono se recolecta, se convierte en combustible, se quema nuevamente y el dióxido de carbono resultante comienza el ciclo de nuevo.

Perfeccionando el polímero

La clave del notable aumento de la reactividad es esa capa de plástico poroso en el rutenio, explicó el estudiante autor principal Chengshuang Zhou , candidato a doctorado 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. No es realmente una cadena en absoluto.

El CO 2 (negro y rojo) y las moléculas de hidrógeno (azul) reaccionan con la ayuda de un catalizador a base de rutenio. A la derecha, el catalizador sin recubrimiento produce el hidrocarburo más simple, el metano. A la izquierda, el catalizador revestido produce hidrocarburos de cadena más larga, como butano, propano y etano. Imagen: Chih-Jung Chen.

“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 el 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 CO 2 para fabricar plásticos”, señaló Cargnello, “lo hemos secuestrado en un sólido almacenable a largo plazo. Eso sería un gran problema.

Noticia extraída de news.stanford.edu/2022/02/09/turning-carbon-dioxide-gasoline-efficiently/

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