Los excedentes de dióxido de carbono industrial crean una oportunidad para convertir los efluentes en un producto valioso. El CO2 puede ser convertirse en materia prima para obtener productos químicos derivados de combustibles fósiles, pero el proceso es costoso e intensivo en energía.
Ingenieros químicos de la Universidad de Illinois han evaluado la viabilidad técnica y económica de una nueva tecnología de electrólisis, que utiliza un subproducto de la producción de biocombustible de bajo valor económico logrando reducir el consumo de energía en 53%
Los nuevos hallazgos se publicaron en la revista Nature Energy.
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La conversión de CO2 a químicos como el etileno, utilizado para elaborar polímeros plásticos, es posible a través del proceso llamado reducción electroquímica. Normalmente, una corriente de gas CO2 y un electrolito fluido se mueven a través de una celda de electrólisis que descompone el CO2 en moléculas como el etileno en el cátodo, pero también produce oxígeno del agua en el ánodo, dijeron los investigadores.
«Alrededor del 90 por ciento de la energía requerida en la reducción de CO2 convencional se consume en el lado del ánodo de la célula de electrólisis, que produce oxígeno», dijo Paul Kenis, coautor del estudio y profesor y jefe del departamento de ingeniería química y biomolecular. «Pero no hay un gran mercado para el exceso de oxígeno, por lo que el 90 por ciento de la energía se desperdicia».
De acuerdo con un reciente Informe de Academias Nacionales del que Kenis fue coautor, encontrar una nuevo material que reduzca la energía para impulsar la reacción del ánodo podría ser una estrategia para reducir radicalmente los requisitos energéticos de la conversión de CO2.
El nuevo estudio propone el glicerol, un subproducto orgánico de la producción de biocombustible de oleaginosas que requiere menos energía para oxidarse, como alternativa a la etapa de producción de oxígeno que consume mucha energía.
Para probar si la nueva técnica de electrólisis tiene el potencial para realizar el proceso completo de conversión de CO2 con presupuestos de neutrales o negativos en carbono, los investigadores examinaron el costo y el consumo de energía para el ciclo de producción del proceso de conversión de residuos a productos de alto valor. El ciclo de cuatro pasos incluye también la captura de gas residual de CO2 industrial y los inputs de energía.
«Nuestro modelo utiliza la configuración de la red eléctrica actual como fuente de electricidad para hacer que el escenario sea más realista», dijo Kenis. «Ser capaz de impulsar la conversión de CO2 con una infraestructura ya existente, y no confiar en la esperanza de que la red del futuro funcione con un 100 por ciento de fuentes renovables, mientras que lograr la neutralidad o la negatividad en carbono podría ser un escenario del santo grial».
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El análisis incluye los mejores y peores escenarios de emisiones de CO2 y consumo de energía y concluye que las perspectivas de reducción de CO2, en términos de emisiones de CO2 y aspectos económicos, pueden mejorar drásticamente más allá de las reacciones de ánodo convencionales.
«La reacción de electrólisis a base de glicerol es muy prometedora. Sin embargo, continuaremos explorando otros materiales de desechos orgánicos porque incluso cuando la producción aumenta a raíz del aumento de la producción de biocombustibles, aún no será suficiente para satisfacer completamente la necesidad», agregó Kenis. «La buena noticia es que la química involucrada es flexible y hay muchos productos de desechos orgánicos que pueden hacer el trabajo».
Muchos investigadores se enfocan en mejorar la selectividad y la actividad de los catalizadores químicos para las reacciones de reducción de CO2, y ese trabajo debe continuar, dijo Sumit Verma, un ex estudiante graduado de ingeniería química y biomolecular y coautor del estudio. «Mirar más allá de la evolución del oxígeno en el ánodo parece ser una situación en la que todos ganan, ya que no solo reducimos el consumo de energía de los procesos, sino que también producimos un segundo flujo de producto valioso», dijo.
