La creciente demanda mundial de energía ha provocado un consumo más rápido de combustibles fósiles, lo que ha incrementado las emisiones antropogénicas de CO2, provocando problemas medioambientales críticos. Aunque se han hecho continuos progresos en la utilización de fuentes de energía renovables como la solar, la eólica y la hidroeléctrica para reducir el consumo de combustibles fósiles, estos recursos siguen satisfaciendo sólo una parte de la demanda energética actual. De ahí la urgente necesidad de desarrollar alternativas sostenibles para mitigar la concentración antropogénica de CO2 en la atmósfera.
Ahora, los ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago han descubierto una forma de convertir el 100% del CO2 capturado de los gases de escape industriales en etileno, un componente clave de los productos de plástico.
Investigadores de la UIC afirman que su método es el primero que consigue utilizar casi el 100% del dióxido de carbono para producir hidrocarburos. El primero en convertir el dióxido de carbono capturado en material útil como el etileno, uno de los principales precursores del plástico.
El sistema del equipo de la UIC usa la electrólisis para transformar el gas de CO2 capturado en etileno de gran pureza, con otros combustibles basados en el carbono y el oxígeno como subproductos.
Los investigadores desarrollan una célula electroquímica de flujo acuoso que puede hacer más eficiente la conversión. Se hace pasar una corriente eléctrica a través de la célula, la mitad de la cual está llena de dióxido de carbono capturado mientras que la otra mitad contiene una solución a base de agua.
Un catalizador electrificado extrae átomos de hidrógeno cargados de las moléculas de agua hacia la otra mitad de la unidad, separada por una membrana, donde se combinan con los átomos de carbono cargados del CO2, formando C2H4 – etileno. El proceso puede convertir hasta 6 toneladas métricas de CO2 en 1 tonelada métrica de etileno, reciclando casi todo el dióxido de carbono capturado.
Normalmente, el etileno se fabrica en un proceso llamado craqueo al vapor que requiere enormes cantidades de calor. El craqueo genera unas 1,5 toneladas métricas de emisiones de carbono por cada tonelada de etileno creada. Pero el equipo afirma que el uso de fuentes de energía renovables para hacer funcionar el nuevo sistema puede hacer que el proceso sea negativo en términos de carbono.
Nuestro planteamiento supera el objetivo de carbono neto cero de otras tecnologías de captura y conversión de carbono al reducir realmente la producción total de dióxido de carbono de la industria. Es un resultado neto negativo. Por cada tonelada de etileno producida, se retiran 6 toneladas de CO2 de fuentes puntuales que, de otro modo, se liberarían a la atmósfera.
Meenesh Singh, investigador principal.
Además, los científicos de la UIC fueron capaces de producir otros productos ricos en carbono útiles para la industria con su método de electrólisis. También lograron una eficiencia de conversión de energía solar muy alta, convirtiendo el 10% de la energía de los paneles solares directamente en productos de carbono. Esto está muy por encima de la norma de vanguardia del 2%. Para todo el etileno que produjeron, la eficiencia de conversión de la energía solar fue de alrededor del 4%, aproximadamente la misma tasa que la fotosíntesis.
El etileno se utiliza no sólo para crear productos de plástico para las industrias del embalaje, la agricultura y la automoción, sino también para producir productos químicos utilizados en anticongelantes, esterilizadores médicos y revestimientos de vinilo para las casas.
Vía uic.edu
Referencias:
Aditya Prajapati, Nishithan C. Kani, Joseph A. Gauthier, Rohan Sartape, Jiahan Xie, Ivan Bessa, Miguel T. Galante, Samuel L. Leung, Marcio H.S. Andrade, Robert T. Somich, Márcio V. Rebouças, Gus T. Hutras, Nathália Diniz, Meenesh R. Singh. CO2-free high-purity ethylene from electroreduction of CO2 with 4% solar-to-ethylene and 10% solar-to-carbon efficiencies. Cell Reports Physical Science, 2022; DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101053
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