16.11.2021 - King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)

Reciclar el CO2 para alimentar un futuro neutro en carbono

La conversión del CO2 capturado en combustibles y otros hidrocarburos valiosos podría permitir una economía sostenible no basada en los combustibles fósiles

En la KAUST se han desarrollado catalizadores multifuncionales que transforman el dióxido de carbono (CO2) capturado en combustibles y otros productos petroquímicos valiosos, y están llamados a permitir una economía más ecológica y sostenible, independiente de los combustibles fósiles convencionales. Los catalizadores podrían ayudar a revertir la creciente emisión deCO2 evitando nuevas emisiones sin necesidad de una revisión radical de la infraestructura existente, afirma Jorge Gascón, que dirigió la investigación.

ElCO2 es un factor clave del calentamiento global que también puede servir como materia prima para la obtención de hidrocarburos útiles. Sin embargo, su gran estabilidad química hace que sea bastante difícil transformarlo en algo más útil.

Existen varias estrategias para transformarel CO2 en varios hidrocarburos utilizando catalizadores heterogéneos convencionales. Sin embargo, estos catalizadores están muy limitados en cuanto a su capacidad para ajustar la distribución del producto según la aplicación prevista, explica el estudiante de doctorado Abhay Dokania.

El equipo de Gascón ideó un método que aprovecha varios catalizadores que actúan juntos de forma concertada. Los catalizadores combinan un catalizador metálico con zeolitas ácidas -materiales catalíticos microporosos bien ordenados- para transformar directamenteel CO2 en múltiples hidrocarburos, como olefinas ligeras, aromáticos y parafinas.

Una mezcla de un catalizador de indio-cobalto productor de metanol con una zeolita modificada con zinc que cataliza las reacciones de conversión de metanol en hidrocarburos dio lugar a isoparafinas de grado gasolina, como el isobutano y el isooctano, con una selectividad récord del 85%. Estos hidrocarburos de alto número de octanos se buscan por su rendimiento antidetonante y su eficiencia en el consumo de combustible, pero anteriormente se habían ignorado como productos objetivo. La elevada selectividad del catalizador es coherente con la estructura de los poros de la zeolita y su propensión a producir hidrocarburos ramificados.

"No empezamos este proyecto desde cero", dice el ingeniero de investigación Adrián Ramírez Galilea. "Sin embargo, nos sorprendió muy positivamente demostrar una selectividad tan alta en la fracción isoparafina. Todavía queda trabajo por delante, pero creemos que vamos por el buen camino".

"Gracias a un exhaustivo trabajo de investigación espectroscópica, el equipo descubrió inusuales cúmulos de zinc en el interior de las zeolitas, lo que puede ayudar a determinar el papel preciso de cada componente del catalizador durante la reacción y, por tanto, a optimizar los catalizadores", afirma Dokania.

El propano es un producto básico con una cuota de mercado creciente, pero su producción a partirdel CO2 se ha pasado por alto. Junto con un equipo de destacadas universidades europeas, los investigadores de la KAUST sintetizaron propano utilizando un catalizador basado en paladio y zinc que forma metanol y una zeolita con alta selectividad hacia los compuestos de tres carbonos.

El sistema catalítico mostró una selectividad superior al 50 por ciento hacia el propano, con una conversión deCO2 cercana al 40 por ciento y una selectividad de CO de sólo el 25 por ciento. "Atribuimos estos resultados al íntimo contacto entre los componentes del catalizador", afirma Ramírez. Esto desplaza el equilibrio globalCO2/metanol/CO para maximizar la conversión deCO2 y minimizar la formación de CO. El componente de paladio también aumentó la selectividad de las parafinas hasta el 99,9%.

Se espera que los catalizadores multifuncionales mejoren el control sobre la gama de productos de hidrocarburos y generen productos petroquímicos que normalmente son inaccesibles. Sin embargo, la mejora del rendimiento depende de que se comprenda mejor la química en juego, especialmente el papel de la zeolita en el mecanismo global de la reacción. Los investigadores combinaron un catalizador de hidrogenación basado en hierro con ocho zeolitas diferentes e identificaron los compuestos orgánicos atrapados en las zeolitas para arrojar luz sobre la reactividad de las mismas.

A pesar del complejo mecanismo de reacción, el equipo clasificó todas las zeolitas en sólo cuatro grupos distintos en términos de selectividad: dos grupos que forman olefinas ligeras e hidrocarburos olefínicos largos, y dos grupos que producen parafinas y compuestos aromáticos. "Por lo tanto, dirigirse a un producto específico a partirdel CO2 podría ser tan fácil como seleccionar la zeolita adecuada en el sistema multifuncional", afirma Ramírez.

Los investigadores están ahora optimizando sus catalizadores multifuncionales para acercarse a una economía circular del carbono, una iniciativa adoptada en la KAUST para apoyar la reducción, reutilización, reciclaje y eliminación de las emisiones de carbono.

"Hemos producido hidrocarburos que entran en el rango de los combustibles de gasolina, pero que requieren un importante procesamiento adicional antes de ser utilizables. Por ello, nuestro siguiente paso es aplicar lo que hemos aprendido para producir directamente combustibles "drop-in" a partir deCO2, que podrían utilizarse sin ningún procesamiento adicional", afirma Dokania.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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