Plataforma de síntesis de metanol y sus derivados a partir de fuentes renovables
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Utilizando el CO₂ como única fuente de carbono, una planta piloto situada en el centro técnico Catalysis2Sacle de LIKAT, en Rostock, produce metanol —un producto químico básico— así como productos derivados en forma de dos combustibles sintéticos. La planta de demostración muestra cómo funcionan los procesos químicos básicos utilizando exclusivamente materias primas renovables y cómo pueden combinarse de forma eficaz en líneas de producción. Forma parte de un esfuerzo mundial de la comunidad científica por capturar el dióxido de carbono (CO₂), perjudicial para el clima, de los flujos de gases de escape de la civilización y aprovecharlo como materia prima. El desarrollo de la planta contó con la financiación del Ministerio Federal de Digitalización y Transporte.
El hidrógeno procedente de la electrólisis reacciona con el CO₂ —ya sea junto con H₂ adicional para formar monóxido de carbono, que se transforma en gas de síntesis y, posteriormente, en metanol—, o bien reacciona directamente con el CO₂ para formar metanol. Este, a su vez, reacciona para formar MeFo o DMC.
Copyright: LIKAT
El objetivo del proyecto, denominado SuME (Sustainable Mobility Enabler), era la producción de dos representantes de «una nueva generación de combustibles», tal y como se indica en la página web oficial del proyecto: el formiato de metilo (MeFo) y el carbonato de dimetilo (DMC). «Ambos son compuestos producidos con huella de carbono neutra, que se queman prácticamente sin emitir sustancias nocivas y con un índice de octano similar al de las sustancias convencionales», explica el coordinador del proyecto SuME, el Dr. Sebastian Wohlrab. Además, el DMC sirve como electrolito para la movilidad eléctrica.
Carbono procedente íntegramente del CO₂
En el Instituto Leibniz de Catálisis, Sebastian Wohlrab dirige un equipo de investigación formado por cuatro personas que, junto con sus socios, desarrolló y puso en marcha la planta piloto en tres años y medio. La planta funciona de forma continua con un rendimiento máximo de un litro por hora. El proyecto recibió una financiación de 7,11 millones de euros. «Como componente fundamental, nuestros productos objetivo contienen carbono, al igual que tantas otras materias primas químicas importantes», explica Sebastian Wohlrab. La clave: a diferencia de lo habitual en la industria química, este carbono no procede del petróleo, el gas o el carbón, sino íntegramente del CO₂. Las fuentes de este CO₂ son, por ejemplo, los gases de escape de la producción de cemento o de biogás, o el dióxido de carbono del aire. También las demás materias primas para el metanol y para los dos combustibles DMC y MeFo —a saber, el hidrógeno y el oxígeno— proceden de fuentes sostenibles.
Vías alternativas en la química
El metanol, con la fórmula estructural CH₃OH, es la molécula más simple del grupo de los alcoholes y, con una producción anual de 112 millones de toneladas (2024), se cuenta entre los productos químicos básicos más importantes de la industria mundial. Se produce a gran escala a partir de gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H₂) de origen fósil. La transición de la síntesis de metanol hacia materias primas renovables es un objetivo de investigación a largo plazo a escala mundial. En el LIKAT y en otros laboratorios de vanguardia ya existen las primeras soluciones al respecto, algunas de las cuales ya se están probando a escala piloto. La planta de Rostock combina ahora un proceso alternativo de metanol con vías de reacción igualmente sostenibles para los productos derivados en un proceso de fabricación continuo. El Dr. Wohlrab afirma: «A partir de esta plataforma de síntesis, se puede explorar toda la química derivada del metanol mediante reacciones alternativas». Además de los dos oxigenados C1, el MoFe y el DMC, su equipo de investigación tiene en el punto de mira otros productos objetivo, como el queroseno y los hidrocarburos superiores, tales como los alcanos de cadena más larga y las olefinas.
Así funciona la planta SuME
En la nave de pruebas del LIKAT, la planta piloto llama la atención de inmediato: reactores, bombas, reguladores, sistemas de presión, todo de gran altura y rodeado de tuberías y una carcasa protectora de plexiglás. El diagrama de flujo, un documento de 160 páginas, puede describirse a grandes rasgos de la siguiente manera: en primer lugar, un electrolizador descompone el agua en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). La electricidad necesaria para ello se inyecta a la red desde la instalación fotovoltaica del centro técnico de LIKAT. El hidrógeno se procesa posteriormente de dos maneras. En una variante, reacciona con el CO₂ para formar monóxido de carbono (CO), que, con H₂ adicional, se transforma prácticamente en gas de síntesis, del que a su vez se obtiene metanol. De forma similar al proceso a gran escala, pero sin utilizar en absoluto materias primas fósiles. En la segunda variante, se añade H₂ al CO₂, que reacciona directamente para formar metanol, con agua como subproducto. A continuación, el metanol se procesa en dos líneas de producción: o bien se transforma en MeFo con liberación de H₂, o bien reacciona con CO y oxígeno para formar DMC.
La compleja química del CO₂
La química a partir del CO₂ está de moda, y es compleja, ya que este gas de efecto invernadero es extremadamente inerte. Esto supone un reto sobre todo para el desarrollo de catalizadores, el campo por excelencia de LIKAT, que cuenta con una reconocida experiencia y conocimientos técnicos en la síntesis de metanol. Puede parecer sorprendente, pero, tal y como explica el Dr. Wohlrab, para activar las moléculas de CO₂ con vistas a la producción de metanol son adecuados los catalizadores de cobre y zinc, los mismos que la industria utiliza para la producción de metanol a partir de gas de síntesis fósil. Sin embargo, estos catalizadores pierden su eficacia al entrar en contacto con el agua, algo que resulta inevitable en esta reacción alternativa. Hace cuatro años, en el LIKAT se logró sintetizar un catalizador con mayor estabilidad, «de composición similar, pero con una estructura micro y superficial muy modificada», como afirma Sebastian Wohlrab. Durante ese tiempo surgió también la idea de desarrollar una plataforma de síntesis de metanol en el centro técnico del LIKAT, que acababa de inaugurarse, y de buscar financiación y personal de investigación.
Socios del proyecto y temas actuales
Como socios del proyecto participaron la Universidad Técnica de Freiberg (TU Bergakademie Freiberg) y el Fraunhofer-IKTS de Dresde, así como las empresas EnProCo Berlin e HydroExeed. Desde entonces, el equipo del proyecto SuME ha adquirido amplios conocimientos sobre la influencia del agua y otros componentes de la reacción en el proceso catalítico y ha podido seguir perfeccionando el catalizador de cobre y zinc. Actualmente, los químicos se centran en determinar cuál de las dos vías de reacción para obtener metanol es la más rentable: a partir del CO₂ pasando por el CO o directamente a partir del CO₂.
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 Alemán se puede encontrar aquí.
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