¿Pueden los químicos transformar la contaminación en oro?

Lunes, 15 de agosto de 2016 | 9:24 pm

Los científicos están tratando de convertir las emisiones de dióxido de carbono en algo de valor –sin utilizar demasiada energía–.

Los seres humanos emitimos 35.9 giga toneladas métricas de dióxido de carbono a la atmósfera en 2014, principalmente por la quema de carbón y gas natural en centrales eléctricas, por la producción de fertilizantes y cemento, y por otros procesos industriales. Si la industria química pudiera capturar dióxido de carbono y convertirlo en bloques de construcción químicos para otros productos, de la forma en la que lo hacen las plantas “el dióxido de carbono no sería una molestia, sino un regalo”, dice el ingeniero químico de la Universidad de Cornell Lynden Archer.

Los científicos llevan años tratando de almacenar dióxido de carbono capturado de las chimeneas de humos de las centrales eléctricas y de otros emisores, sobre todo inyectándolo en el subsuelo. Sin embargo, sin grandes subsidios, este proceso de secuestro de carbono es caro, y puede ser económicamente inviable. La inyección de dióxido de carbono en viejos pozos petroleros para sacar más petróleo es una opción, pero no es suficiente, y aún no está claro si es rentable, dados los bajos precios del petróleo actualmente. Los que proponen la utilización de carbono en lugar de almacenarlo esperan beneficiarse económicamente mediante la creación de algo de valor agregado a partir de este producto de desecho. Las aplicaciones más probables utilizarían el gas como materia prima para la fabricación de productos químicos, lo que podría traer beneficios adicionales ya que remplazaría productos petroquímicos con algo más verde.

Estos promotores se enfrentan a un complicado problema de química. Al ser una molécula estable, el dióxido de carbono no almacena mucha energía en sus enlaces químicos. Para usarlo, los químicos tienen que añadir energía, a menudo a través de calentamiento, que por lo general requiere de electricidad. Gran parte de la electricidad viene de las centrales que queman carbón o gas natural – emitiendo más dióxido de carbono en la atmósfera del que fue capturado–.

Ingenieros, químicos y otros investigadores afirman que las nuevas tecnologías están cambiando este escenario. Paul Bunje, científico senior del grupo de Energía y Medio Ambiente de la Fundación X-Prize, espera que la adjudicación de un gran premio a quien encuentre una solución estimulará a un diverso grupo de tecnólogos. Esta semana, la fundación anunció que más de 40 equipos están compitiendo para ganar un premio de $20 millones. El ganador delCarbon XPrize, que será anunciado en la primavera de 2020, tendrá que probar que puede secuestrar el dióxido de carbono en más de un producto de gran valor neto. Algunos equipos tienen como objetivo hacer polímeros, combustibles para reemplazar la gasolina o productos químicos industriales.

A más largo plazo, todas las empresas productoras de sustancias químicas podrían crear una industria de utilización de carbono que podría hacer una diferencia. Un problema de la dimensión del cambio climático necesita muchas soluciones, dice Bunje.

“La pregunta ahora es ¿cómo puede la gente en la (industria de la) química crear nuevas reacciones, nuevos mecanismos para utilizar el dióxido de carbono como materia prima?”, dice Archer, de Cornell, quien es también miembro del consejo asesor de Carbon XPrize. La semana pasada en Science Advances, él ofreció una respuesta: una célula de combustible que genera electricidad al convertir dióxido de carbono en un producto químico. Archer y su alumno Wadji El Sadat construyeron un prototipo de reactor que combina el dióxido de carbono con el aluminio y el oxígeno para producir oxalatos. Los oxalatos se utilizan para producir ácidos, removedores de óxido, tintes de tejidos y otros productos químicos industriales.

Archer es muy consciente de los peligros de tratar de utilizar el dióxido de carbono para hacer química respetuosa con el medio ambiente. “Por lo general tiene un costo prohibitivo porque necesita de mucha energía – pero obtenemos energía de vuelta–”, dice. “Eso nos sorprendió”.

La célula se alimenta de aluminio y aire. En su interior, el oxígeno reacciona con un electrodo de aluminio para formar un superóxido de aluminio altamente reactivo que puede reaccionar con el dióxido de carbono para generar oxalato de aluminio. La célula de combustible capta algo de energía a partir de estas reacciones químicas, y aunque requiere voltaje  para llevar a cabo la reacción, el proceso parece generar más electricidad de la que consume, dice Archer. Debido a que el metal se consume, elegir el más adecuado es clave. Él se decidió por el aluminio porque es abundante y barato. Y, a pesar de que la producción de aluminio emite dióxido de carbono, Archer espera que su sistema capture suficiente carbono dentro de los oxalatos para compensar.

El grupo de Cornell advierte que no entiende completamente las reacciones químicas involucradas. Por ejemplo, la primera versión de la célula de combustible utiliza un material costoso llamado “líquido iónico” como electrolito. Si juega un papel crítico y no puede ser reemplazado, puede que la tecnología no sea viable, dice Archer.

Los oxalatos son un producto de nicho, al igual que muchos de los productos químicos producidos por los startups que trabajan en la utilización de carbono. Sin embargo, algunos están apuntando alto. La planta piloto de Skyonic en San Antonio, Texas, capta las emisiones de una planta de cemento y las convierte en piedra caliza y ácido. Solidia Technologies secuestra el dióxido de carbono en hormigón. Y otras empresas están trabajando en la fabricación de plásticos, combustibles alternativos y materias primas químicas.

Sin señalar con el dedo a ningún proyecto en particular, Howard Herzog dice que muchos de los proyectos que prometen usar carbono podrían ser demasiado buenos para ser verdad. Herzog es un ingeniero de investigación del MIT Energy Initiative y un proponente de la captura de carbono. “El dióxido de carbono es energía gastada”, dice. Es extremadamente difícil obtener valor a partir de la producción de sustancias químicas o energía con dióxido de carbono, sin necesidad de añadir más energía en alguna parte en el ciclo de vida del producto. “No se puede ganar en términos de energía. Eso es lo que dice la termodinámica”, dice Herzog.

Aunque Herzog admite que algunas de las empresas podrían ser rentables, es escéptico en cuanto a la posibilidad de que la utilización de carbono pueda tener un impacto ambiental significativo. Él fue uno de los autores principales del Informe Especial del IPCC de 2005 sobre la captación y el almacenamiento de dióxido de carbono, y dice que las conclusiones del informe sobre la utilización de carbono todavía tienen vigencia: el potencial de hacer mella en las emisiones globales es pequeño. Incluso si la industria química utilizara dióxido de carbono para hacer todos sus productos – algo que nadie piensa que es probable – aún no se lograría absorber todas las emisiones.

Kendra Kuhl, co-fundador de Opus 12, un startup en Berkeley, California, es consciente de que la utilización de carbono no resolverá completamente el problema de las emisiones mundiales. Opus 12 está desarrollando un reactor electroquímico que utiliza catalizadores novedosos y electricidad renovable para convertir dióxido de carbono en los elementos necesarios para la construcción de polímeros y otros productos químicos. Kuhl dice que Opus 12 competirá por el Carbon XPrize. Y, a pesar de que no hay suficiente demanda de productos para utilizar una gran parte de las emisiones de dióxido de carbono, dice que, dadas las consecuencias ambientales de continuar extrayendo combustibles fósiles para alimentar la industria petroquímica, vale la pena intentar utilizar el dióxido de carbono en su lugar. “Necesitamos una nueva forma de hacer química”.

Fuente: scientificamerican.com

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