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Combustibles de la nada: nuevo camino para capturar y actualizar CO2

noviembre 22, 2019
Redaccion

Un equipo de investigación de U of T Engineering ha desarrollado una nueva ruta electroquímica para transformar el CO 2 en productos valiosos como combustible para aviones o plásticos. La tecnología podría mejorar significativamente la economía de capturar y reciclar carbono directamente del aire.

por la Universidad de Toronto

«Hoy en día, es técnicamente posible capturar CO 2 del aire y, mediante una serie de pasos, convertirlo en productos comerciales», dice el profesor Ted Sargent, quien dirigió el equipo de investigación. «El desafío es que se necesita mucha energía para hacerlo, lo que aumenta el costo y disminuye el incentivo. Nuestra estrategia aumenta la eficiencia energética general al evitar algunas de las pérdidas más intensivas en energía».

La captura directa de carbono en el aire es una tecnología emergente por la cual las compañías apuntan a producir combustibles o plásticos a partir de carbono que ya está en la atmósfera, en lugar de hacerlo a partir de combustibles fósiles. La empresa canadiense Carbon Engineering, que ha construido una planta piloto en Squamish, BC, captura CO 2 al forzar el aire a través de una solución líquida alcalina. El CO 2 se disuelve en el líquido, formando una sustancia llamada carbonato.

Para ser completamente reciclado, el carbonato disuelto normalmente se vuelve a convertir en gas CO 2 , y luego en componentes químicos que forman la base de combustibles y plásticos. Una forma de hacerlo es agregar productos químicos que conviertan el carbonato en una sal sólida. Este polvo de sal luego se calienta a temperaturas superiores a 900 C para producir gas CO 2 que puede sufrir más transformaciones. La energía requerida para este calentamiento aumenta el costo de los productos resultantes.

El método alternativo del equipo de ingeniería de U of T aplica un electrolizador, un dispositivo que usa electricidad para impulsar una reacción química. Habiendo utilizado previamente electrolizadores para producir hidrógeno a partir del agua, se dieron cuenta de que también podrían usarse para convertir el carbonato disuelto directamente en CO 2 , omitiendo por completo el paso de calentamiento intermedio.

«Utilizamos una membrana bipolar, un nuevo diseño de electrolizador que es excelente para generar protones», dice Geonhui Lee, quien junto con su compañero postdoctoral Y. Chris Li es uno de los autores principales de un nuevo artículo en ACS Energy Letters que describe la técnica. «Estos protones eran exactamente lo que necesitábamos para convertir el carbonato nuevamente en gas CO 2 «.

Su electrolizador también contiene un catalizador a base de plata que convierte inmediatamente el CO 2 producido en una mezcla de gases conocida como gas de síntesis. Syngas es una materia prima química común para el bien establecido proceso Fischer-Tropsch, y puede convertirse fácilmente en una amplia variedad de productos, incluidos combustible para aviones y precursores de plástico.

«Este es el primer proceso conocido que puede ir desde el carbonato hasta el gas de síntesis en un solo paso», dice Sargent.

Si bien se han utilizado muchos tipos de electrolizadores para convertir el CO 2 en componentes químicos, ninguno de ellos puede tratar eficazmente con el carbonato. Además, el hecho de que el CO 2 disuelto en líquido se convierta en carbonato tan fácilmente es un problema importante para las tecnologías existentes.

«Una vez que el CO 2 se convierte en carbonato, se vuelve inaccesible para los electrolizadores tradicionales», dice Li. «Esa es parte de la razón por la cual tienen bajos rendimientos y bajas eficiencias. Nuestro sistema es único en el sentido de que logra una utilización del 100% de carbono: no se desperdicia carbono. También genera gas de síntesis como un solo producto en la salida, minimizando el costo del producto purificación.»

En el laboratorio, el equipo demostró la capacidad de convertir carbonato en gas de síntesis con una eficiencia energética general del 35%, y el electrolizador se mantuvo estable durante más de seis días de funcionamiento.

Sargent dice que se necesitará más trabajo para ampliar el proceso a los niveles necesarios para la aplicación industrial, pero que el estudio de prueba de concepto demuestra una ruta alternativa viable para la captura y utilización directa de carbono en el aire.

«Recorre un largo camino para responder la pregunta de si alguna vez será posible usar CO 2 capturado por aire de una manera comercialmente convincente», dice. «Este es un paso clave para cerrar el ciclo del carbono».

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