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Captura de carbono: la eliminación de carbono de la industria química

Captura de carbono: la eliminación de carbono de la industria química

La industria química es uno de los mayores consumidores de petróleo y gas. Como tal, reducir el volumen de las emisiones de gases de efecto invernadero, en particular, el dióxido de carbono.2alta prioridad para la industria química.

Crédito de la imagen: Ha-nu-man/Shutterstock.com

Además, el desarrollo de estrategias generales de mitigación para la liberación de CO2 y la búsqueda de formas de capturar el gas de efecto invernadero más abundante es fundamental para acercarse a los objetivos actuales de cero emisiones netas para 2050.

investigadores en Northwestern University NU está trabajando con socios internacionales para encontrar formas de capturar carbono y producir ácido acético a partir de monóxido de carbono.

El equipo publicó recientemente sus hallazgos, que revelaron un avance innovador en forma de un nuevo catalizador desarrollado en el laboratorio NU del profesor Ted Sargent. Este descubrimiento podría generar un mayor interés en la tecnología de captura y almacenamiento de carbono en los procesos de producción química.

La captura de carbono es posible hoy desde un punto de vista técnico, pero aún no desde un punto de vista económico… Al utilizar la electroquímica para transformar la captura de carbono en productos con mercados establecidos, ofrecemos nuevas formas de mejorar estas economías, así como una enfoque más sostenible para obtener productos químicos industriales que todavía lo necesitamos.

Profesor Ted Sargent, Universidad Northwestern

Ácido acético: un producto doméstico

La mayoría de las personas estarán familiarizadas con el vinagre, ya que es uno de los ingredientes principales del vinagre doméstico, pero esto solo constituye una pequeña parte de su uso. Como subproducto de los procesos de fermentación, el ácido acético se utiliza en diversos contextos, incluidas aplicaciones médicas, como producto químico fotográfico, en la producción de ésteres, productos de limpieza, tintas, pinturas, etc., y como disolvente.

El ácido acético en el vinagre necesita provenir de fuentes biológicas por fermentación porque es para consumo humano… pero alrededor del 90% del mercado de ácido acético se usa como materia prima en la fabricación de pinturas, revestimientos, adhesivos y otros productos. . La producción a esta escala se deriva principalmente del metanol, que proviene de combustibles fósiles.

Joshua Weeks, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Toronto

El equipo de NU reveló que durante los procesos convencionales de producción de ácido acético, cada kilogramo de metanol producido libera 1,6 kilogramos de dióxido de carbono.2 en la atmósfera.1 Con una amplia variedad de aplicaciones útiles y un enorme valor de mercado anual, garantizar una producción de ácido acético inocua para el clima debería ser una prioridad.

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Desafíos de los procesos alternativos de dos pasos

Los métodos alternativos de producción de ácido acético requieren un proceso de dos pasos: primero, se captura el dióxido de carbono2 Se alimenta a un electrolizador, donde pasa y reacciona con agua y electrones para generar gas monóxido de carbono (CO).

Luego, el gas de dióxido de carbono se introduce en un segundo electrolizador con un catalizador adicional, que luego se convierte en una variedad de moléculas diferentes que contienen dos o más átomos de carbono. El verdadero desafío al que nos enfrentamos en este proceso de dos pasos es la selectividad.

La mayoría de los catalizadores utilizados en este segundo paso facilitan múltiples reacciones simultáneas, lo que resulta en mezclas de productos de dos carbonos que son difíciles de separar y purificar. Lo que hemos tratado de hacer aquí es establecer condiciones que favorezcan a un producto por encima de todos los demás..

Joshua Weeks, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Toronto

Para abordar este problema, el equipo demostró que, en comparación con otros catalizadores convencionales, la reducción de la cantidad de cobre (alrededor del 1 %) en el nuevo catalizador favorece la producción de ácido acético.

El equipo también demostró que aumentando la presión (hasta 10 atmósferas), podían batir récords de eficiencia. El equipo afirma que la eficiencia de Faraday fue del 91%.1 En términos simples, esto significa que 91 de cada 100 electrones que pasan a través del electrolizador son parte del producto final deseado, es decir, ácido acético.

Además de los niveles excepcionales de eficiencia y eficacia, el equipo también ha demostrado que el nuevo catalizador es extremadamente estable y sigue siendo efectivo después de largos períodos de uso.

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Si bien algunos de los métodos que aplicó el equipo pueden parecer idiosincrásicos y en contra de los estándares de la industria, muestran cómo la innovación creativa puede conducir a mejoras en la industria química que la hacen más respetuosa con el medio ambiente.

En algún momento, tendremos que descarbonizar todos los elementos de la industria química, por lo que cuanto más caminos diferentes hacia productos útiles, ya sea etanol, propileno o ácido acético, mejor.

Joshua Weeks, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Toronto

Los resultados completos y la discusión del trabajo se publicaron recientemente en la revista naturaleza.

Referencias y lecturas adicionales

  1. Reynolds, W.; (2023) Un nuevo catalizador convierte el dióxido de carbono en un subproducto sostenibleY Para reporteros – Universidad Northwestern. Disponible en: https://news.northwestern.edu/stories/2023/05/catalyst-transforms-carbon-dioxide/?fj=1
  2. Jane, J.; et al. (2023) “La orientación limitada de la adsorción de C permite la coadsorción electroforética en acetato”. naturaleza [Preprint]. Disponible en: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05918-8

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