Si hay algo que no disminuye en el planeta es la contaminación por dióxido de carbono (CO2). Y los datos no dejan duda. Solo en 2022 se produjeron más de 40 mil 60 millones de toneladas.
En la actualidad, el CO2 representa 60% de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) que contribuyen al calentamiento global. Sin embargo, también tiene un gran potencial como materia prima para la producción de combustibles renovables.
Desarrollos
Bajo ese marco, una investigación de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, desarrolló un método eficaz para convertir el dióxido de carbono en combustibles no contaminantes y sostenibles, sin subproductos ni residuos indeseados.
Utilizando métodos computacionales diseñaron catalizadores biológicos y lograron que el nivel de producción de carburante se multiplicara por 18 en el laboratorio, sin generar residuos ni desperdiciar energía.
La investigación se basa en enzimas aisladas de bacterias para impulsar las reacciones químicas que convierten el CO2 en combustible, un proceso llamado electrólisis.
Las enzimas son más eficaces que otros catalizadores, como el oro. Pero a la vez, son muy sensibles a su entorno químico local. Si este entorno no es el adecuado, las enzimas se deshacen y las reacciones químicas se vuelven lentas.
Esther Edwardes Moore, investigadora en el departamento de Química de Cambridge y primera autora de esta investigación indica que “las enzimas han evolucionado durante millones de años para ser extremadamente eficientes y selectivas, y son excelentes para la producción de combustible porque no hay subproductos no deseados. Pero su sensibilidad plantea aún varios desafíos”.
Por ello, para mejorar aún más el entorno local, el equipo demostró cómo dos enzimas pueden trabajar juntas, una produciendo combustible y la otra controlando el entorno. Comprobaron así que añadiendo otra enzima se aceleraban las reacciones, aumentando la eficacia y reduciendo los subproductos.
Otro trabajo para transformar la contaminación por CO2 generada por combustibles fósiles, en un combustible ecológico con bajas emisiones de carbono fue desarrollado por el equipo del proyecto Laurelin, compuesto por un consorcio en el que participan universidades, centros de investigación y Pymes de Bélgica, Alemania, Japón, Holanda, España y Reino Unido.
Laurelin desarrolla procesos innovadores para convertir el CO2 en metanol renovable. El metanol verde podría desempeñar un papel importante en la descarbonización del sector del transporte, además de combatir el problema de la contaminación por óxido de nitrógeno (NOx) y óxido de azufre (SOx).
Adolfo Benedito Borrás, jefe del Departamento de Investigación de Materiales en Aimplas, en España, entidad coordinadora del proyecto afirma que el método “puede reducir las emisiones de CO2 hasta 95%, las de NOx hasta 80% y eliminar por completo las emisiones de SOx y de partículas en suspensión”.
El equipo de Laurelin pretende hallar nuevos sistemas de catálisis que se puedan adaptar a tecnologías avanzadas de reacción para que reduzcan consumo de energía y el coste de la síntesis de metanol desde el CO2.
Herramienta
En ambos casos, una herramienta que podría dar soluciones fue presentada por científicos de la Universidad de Cornell. Este equipo revisó una ecuación electroquímica centenaria, la ecuación de Cottrell, para ayudar en la conversión del dióxido de carbono atmosférico en un producto funcional y en la gestión de este gas de efecto invernadero.
Esta ecuación, que lleva el nombre del químico Frederick Gardner Cottrell, quien la ideó en 1903, es ahora un valioso instrumento para los investigadores. Al aplicar la electroquímica en un entorno de laboratorio controlado, los científicos pueden obtener una comprensión más clara de las diversas reacciones que puede experimentar el dióxido de carbono.
La reducción electroquímica del dióxido de carbono presenta una oportunidad para transformar el gas de un pasivo ambiental a una materia prima para productos químicos o como un medio para almacenar electricidad renovable en forma de enlaces químicos, como lo hace la naturaleza.
La autora principal del estudio, Rileigh Casebolt DiDomenico, ingeniera Química en Cornell, explica que “mientras mejor se comprendan las vías de reacción del CO2, mejor podremos controlar su reacción, que es lo que queremos a largo plazo”, señala.
Y es que la ecuación permite a un investigador identificar y controlar parámetros experimentales para tomar dióxido de carbono y convertirlo en productos de carbono útiles como etileno, etano o etanol.
Si bien existen diversas investigaciones para aprovechar el CO2 como un recurso en beneficio de la sociedad y muchos científicos usan métodos computacionales avanzados para proporcionar una imagen atomística detallada de los procesos en la superficie de un catalizador, estos métodos a menudo implican varias suposiciones matizadas que complican la comparación directa con los experimentos, señala la investigación de la Universidad de Cornell.
En los casos anteriores, la nueva herramienta podría apoyar el avance de las investigaciones. Y es que la reducción electroquímica de CO2 presenta una oportunidad atractiva para valorizar el CO2 como materia prima para productos químicos a favor de la sociedad.
Huella de carbono
Cada año se liberan miles de millones de toneladas de CO2 a la atmósfera terrestre. En 2022 se registró la cifra récord de 40 mil 600 millones de toneladas. El dióxido de carbono es la principal fuente de Gases de Efecto Invernadero (GEI) que contribuyen al Cambio Climático. La mayor parte de estos gases proviene del uso de combustibles fósiles, la generación de energía a través de canales no renovables y actividades humanas contaminantes.
Fuente: climate-transparency.org