22.04.2021 - Technische Universität Wien

Nuevo catalizador para reducir las emisiones de CO2

Convertir el dióxido de carbono en otras sustancias útiles, como los combustibles sintéticos

¿Qué catalizador puede utilizarse para convertir el dióxido de carbono en otras sustancias? Científicos de la Universidad Técnica de Viena han creado un nuevo material que pertenece a la clase de las perovskitas.

Para que el contenido de CO2 en la atmósfera no siga aumentando, el dióxido de carbono debe convertirse en otra cosa. Sin embargo, como el CO2 es una molécula muy estable, esto sólo puede hacerse con la ayuda de catalizadores especiales. El principal problema de estos catalizadores ha sido hasta ahora su falta de estabilidad: al cabo de cierto tiempo, muchos materiales pierden sus propiedades catalíticas.

En la Universidad Politécnica de Viena se investiga una clase especial de minerales, las perovskitas, que hasta ahora se han utilizado para células solares, como materiales anódicos o componentes electrónicos, más que por sus propiedades catalíticas. Ahora, los científicos de la Universidad Técnica de Viena han conseguido producir una perovskita especial que resulta muy adecuada como catalizador para convertir el CO2 en otras sustancias útiles, como los combustibles sintéticos. El nuevo catalizador de perovskita es muy estable y también relativamente barato, por lo que sería adecuado para su uso industrial.

Cómo cerrar el ciclo del carbono

"Estamos interesados en la llamada reacción inversa de cambio de gas a agua", explica el profesor Christoph Rameshan, del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Técnica de Viena. "En este proceso, el dióxido de carbono y el hidrógeno se convierten en agua y monóxido de carbono. Luego se puede procesar el monóxido de carbono para convertirlo, por ejemplo, en metanol, en otros materiales químicos de base o incluso en combustible."

Esta reacción no es nueva, pero no se ha aplicado realmente a escala industrial para la utilización del CO2. Se produce a altas temperaturas, lo que contribuye a que los catalizadores se rompan rápidamente. Esto es un problema especial cuando se trata de materiales caros, como los que contienen metales raros.

Christoph Rameshan y su equipo investigaron cómo adaptar un material de la clase de las perovskitas específicamente para esta reacción, y tuvo éxito: "Probamos varias cosas y finalmente dimos con una perovskita hecha de cobalto, hierro, calcio y neodimio que tiene excelentes propiedades", dice Rameshan.

Átomos que migran por el cristal

Debido a su estructura cristalina, la perovskita permite que ciertos átomos migren a través de ella. Por ejemplo, durante la catálisis, los átomos de cobalto del interior del material se desplazan hacia la superficie y forman allí diminutas nanopartículas, que son entonces especialmente activas desde el punto de vista químico. Al mismo tiempo, se forman las denominadas vacantes de oxígeno, es decir, posiciones en el cristal donde debería haber un átomo de oxígeno. Es precisamente en estas posiciones vacantes donde las moléculas de CO2 pueden acoplarse especialmente bien, para luego disociarse en oxígeno y monóxido de carbono.

"Hemos podido demostrar que nuestra perovskita es mucho más estable que otros catalizadores", afirma Christoph Rameshan. "También tiene la ventaja de que puede regenerarse: Si su actividad catalítica disminuye al cabo de cierto tiempo, basta con devolverla a su estado original con la ayuda del oxígeno y seguir utilizándola."

Las primeras evaluaciones muestran que el catalizador también es económicamente prometedor. "Es más caro que otros catalizadores, pero sólo por un factor de tres aproximadamente, y es mucho más duradero", dice Rameshan. "Ahora nos gustaría intentar sustituir el neodimio por otra cosa, lo que podría reducir aún más el coste".

La planta industrial con producción de combustible incorporada

En teoría, se podrían utilizar estas tecnologías para sacar el CO2 de la atmósfera, pero para ello habría que concentrar primero el dióxido de carbono, y eso requiere una cantidad considerable de energía. Por eso es más eficaz convertir primero el CO2 donde se produce en grandes cantidades, como en las plantas industriales. "Se podría simplemente añadir un reactor adicional a las plantas existentes que actualmente emiten mucho CO2, en el que el CO2 se convierte primero en CO y luego se procesa más", dice Christoph Rameshan. En lugar de dañar el clima, una planta industrial de este tipo generaría entonces beneficios adicionales.

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