Un equipo de investigación ha desarrollado un nuevo camino electroquímico para transformar CO2 en productos de alto valor añadido como combustible o plásticos. La tecnología podría mejorar significativamente el precio para la captura y reciclaje de carbon, tomándolo directamente del aire.
«Actualmente, es posible capturar CO2 del aire y a través de un número de pasos, transformarlos en productos comerciales», dice el Profesor Ted Sargent quien dirige el equipo de investigación. «El reto está en el consumo de energía para realizar este proceso, ya que eleva el precio y baja el incentivo de uso. Nuestra estrategia aumenta la eficiencia energética en conjunto para evitar algunas de las pérdidas de energía más intensas».
La captura directa de carbono en el aire es una metodología emergente que muchas empresas persiguen para producir plásticos o combustibles, partiendo de carbono ya presente en el aire en lugar de utilizar combustibles fósiles. La compañía canadiense Carbon Engineering, la cual ha construido una planta piloto en Scuamish, B.C., captura CO2 tras forzar aire a través de una disolución líquida alcalina. El CO2 se disuelve en el líquido, formando una sustancia denominada carbonato.
El carbonato disuelto normalmente es negro al contener CO2 gaseoso, con el fin de reciclarlo completamente, se emplea como pilar en pro de formar combustibles y/o plásticos. Una forma de hacer esto posible es añadir sustancias químicas que transforman el carbonato en sales sólidas. Este polvo de sales se calienta posteriormente por encima de 900 ºC para producir CO2 gaseoso en posteriores transformaciones. La energía requerida para este calentamiento conduce a un aumento del coste en los productos resultantes.
El equipo de Ingeniería por parte de la Universidad de Toronto, aplica como método alternativo un electrolizador, un equipo que emplea electricidad para producir una reacción química. Teniendo un uso previo de los electrolizadores para la producción de hidrógeno a partir de agua, se dieron cuenta que pueden emplearlo para transformar carbonatos disueltos en CO2, saltándo el paso intermedio de calentamiento.
«Empleamos una membrana bipolar, un novedoso diseño de electrolizador que es una buena fuente generadora de protones», señala Geonhui Lee, quién junto a un compañero postdoctoral Y. Chris Li, está entre los autores principales de la nueva publicación en ACS Energy Letters, que describe la técnica. «Estos protones son los que necesitamos para transformar el carbonato a CO2 gaseoso».
Su electrolizador también contiene catalizadores de plata que inmediatamente transforma el CO2 produciendo una mezcla de gases conocido como gas de síntesis. El gas de síntesis es fuente de partida para los procesos bien conocidos de Fischer-Tropsch, y que se transforman fácilmente en una gran variedad de productos, incluyendo combustible y precursores de plásticos.
«Este es el primer proceso conocido que puede realizar todas las etapas, desde carbonato a gas de síntesis, en un solo paso», comenta Sargent.
Mientras que muchos tipos de electrolizadores se han estado usando para transformar CO2 en bloques de partida de síntesis química, ninguno de ellos puede lidiar efectivamente con el carbonato. Además, el hecho de disolver CO2 en un líquido para transformarlo en carbonato tan fácilmente es un gran problema para la tecnología existente.
«Una vez que el CO2 se transforma en carbonato, se vuelve inaccesible para los electrolizadores tradicionales», incide Li. «Es parte del motivo por el cual tenemos bajos rendimientos y baja eficiencia. Nuestro sistema es único en lo que consigue un uso del 100% de carbono: no se desperdicia cabono. También se genera gas de síntesis como producto exclusivo de salida, minimizando el coste de purificación del producto».
En el Laboratorio, el equipo ha demostrado la capacidad para transformar carbonato en gas de síntesis con una eficiencia energética promedio del 35%, y el electrolizador se mantiene estable por más de seis días de actuación.
Sargent muestra que se necesitará más trabajo para escalar este proceso a los niveles necesarios de aplicación industrial, pero la prueba de este estudio es la viabilidad de un camino alternativo para la captura directa de carbono en el aire y su utilización.
«Queda un largo recorrido para responder a la pregunta de si será posible usar CO2 directamente del aire de forma comercial y competitiva» replíca. «Es un paso clave para el cierre del ciclo de carbono».