Transformar el bióxido de carbono en etanol o metano

Sintetizan en la UNAM

Cerámicos con alta eficiencia en la captura de gases de efecto invernadero

Se desarrollan membranas para atrapar el CO2 que emiten las industrias y se trabaja en su eventual transformación en productos con valor agregado

México / Notiocho / UNAM

En el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM se sintetizan materiales cerámicos que permiten capturar gases contaminantes (bióxido de carbono, CO2) que, eventualmente, Heriberto Pfeiffer Perea pretende transformar otra vez en combustibles como etanol o metano.

Uno de ellos, con estructura laminar, tipo emparedado o mil hojas de hojaldre, permite capturar el bióxido de carbono, uno de los gases de efecto invernadero que más contribuye al calentamiento del planeta y afecta su clima a nivel global.

Se conoce como hidrotalcita o arcillas aniónicas.

En el IIM, dijo Pfeiffer Perea, “tratamos de capturar el CO2 entre las capas que genera su estructura laminar”.

Capturar gas en un material sólido es una opción ante la problemática ambiental por el efecto invernadero.

Sin embargo, a nivel mundial se trabaja en otras alternativas.

Por ejemplo, en fuentes de energía como la eólica, la hidráulica, la nuclear y la solar.

Asimismo, se pretende capturarlo con diferentes medios, tanto físicos como químicos.

Unos proponen hacerlo y almacenarlo para luego usarlo como gases de inyección en pozos petroleros.

Otros, inyectarlo en los subsuelos marinos, lo que podría causar desequilibrios en ese ecosistema.

Productos con valor agregado

También, atraparlo y convertirlo químicamente en productos con valor agregado.

Pfeiffer Perea es de esa idea: capturar el bióxido de carbono que diversas industrias producen en grandes cantidades y luego, mediante reacciones químicas, generar combustible.

Como son “lo más prometedor que existe”, el universitario trabaja en diferentes cerámicos.

Éstos y los gases de efecto invernadero, comentó, tienen una afinidad muy fuerte.

Las moléculas del CO2, al ser muy ácidas, son afines con la alcalinidad de los cerámicos.

La reacción química entre ellos es muy sencilla.

Otra ventaja es que a nivel industrial es más fácil trabajar con sólidos como los cerámicos que con líquidos como las soluciones a base de compuestos orgánicos tipo aminas.

Temperatura elevada

Asimismo, que normalmente la captura de CO2 en cerámicos se da en un intervalo de temperatura elevado. “Nosotros tenemos materiales que lo hacen entre 200 y 700 grados centígrados. Son muy adecuados, porque los gases de combustión (por ejemplo, los generados por gasolina) se emiten a una temperatura de 400 ó 500 grados centígrados”.

A diferencia de los polímeros o las aminas (primero hay que enfriar el gas para atraparlo), los cerámicos permiten aprovechar la temperatura que trae el de combustión.

Además de los materiales tipo hidrotalcita, Pfeiffer Perea trabaja con silicatos, aluminatos, cupratos y zirconatos de elementos alcalinos.

Son materiales densos que atrapan el bióxido de carbono mediante quimisorción: el CO2 reacciona químicamente con los cerámicos.

Quimisorción vs. adsorción

La quimisorción es una ventaja, porque al ser capturado el bióxido de carbono en el cerámico, ya no es gaseoso, pasa a formar parte del sólido y su confinamiento puede ser más sencillo.
En cambio, el proceso de adsorción con los polímeros es una interacción física, electrostática, porque el CO2 no deja de serlo y el polímero también continúa como él mismo.

Uno de los materiales cerámicos más prometedores con los que trabaja el universitario es el aluminato de cinco litios, que sintetizó, caracterizó y descubrió, “por suerte”, es favorable para capturar gas.

Según lo reportado en la literatura mundial, este cerámico y el óxido de calcio “son los dos materiales que teóricamente tienen la mayor capacidad de captura de bióxido de carbono”.

Muy prometedor

Para el experto el aluminato es muy prometedor; es estable, con buena captura.

A nivel experimental, en la UNAM se han alcanzado eficiencias del orden del 70-75 por ciento.

En pruebas de ciclibilidad para ver si la eficiencia se mantiene, se ha observado que con el paso del tiempo se pierde un poco; sin embargo, después de 20 ciclos de quimisorción, al final, la eficiencia todavía es mucho mayor a cualquiera otra de las reportadas.

“A nivel mundial, en el intervalo de altas temperaturas el aluminato y el óxido de calcio son los dos mejores compuestos que existen para la captura de CO2 hoy en día”.

Con la captura en cerámicos, se genera carbonato, que se encuentra en estado sólido.

A partir de ese material, el grupo de investigadores que dirige Pfeiffer empieza a trabajar en cómo transformarlo nuevamente en algún tipo de combustible: alcohol o alcano.

Para ese fin, se cuenta con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y de la Secretaría de Energía, a través de su propuesta de sustentabilidad. Trabajan en uno de los cuatro grandes proyectos que SENER-CONACYT le dio a la UNAM.

Ahora que ya saben cómo y con qué cerámico capturar CO2, mediante trabajos catalíticos de reformado de alcanos o alcoholes (reacción catalítica en presencia de hidrógeno o de agua), van a convertir bióxido de carbono en combustible, que puede ser algún alcohol como metanol o etanol, o en algún alcano como metano, etano o butano.

Plazo de cuatro años

Se planea que el proyecto Captura y confinamiento de bióxido de carbono en materiales multicomponentes diversos y estudio de la transformación sustentable del CO2 en productos con valor agregado, se realice en cuatro años, lapso en que Pfeiffer Perea espera tener resultados positivos.

A nivel internacional, advirtió el científico, hay algo de investigación y no mucho desarrollo en generar nuevo combustible a partir de la captura, mediante un ciclo limpio de transformación química.

En su laboratorio, el universitario también desarrolla dispositivos para instalar en algún tipo de industria.

En esta línea tecnológica ha colaborado con un grupo de especialistas en membranas de la Universidad de Arizona, Estados Unidos

El grupo de Pfeiffer Perea las hace para la captura de gases, que se podrían aplicar en industrias donde hay consumo de combustible que emiten CO2 a altas temperaturas.

Se utilizarían en lugares fijos, a nivel industrial, aclaró.

No sería para captura de bióxido de carbono en sistemas móviles como autos o camiones, “porque las cantidades que se producen son megatoneladas”.

"Sería inviable un diseño para hacerlo con cerámico en un sistema móvil, habría que traer un trailer atrás con el material de captura. Por eso, en automóviles se utilizan dispositivos catalíticos para transformación, no para captarlo”, explicó.

En cambio, puntualizó, las membranas para captura de gases serían viables, por ejemplo, en cementeras y en la industria eléctrica, entre otras empresas, donde la generación de electricidad demanda altos consumos de combustibles fósiles y con grandes emisiones de CO2.