Desde los gases de efecto invernadero hasta los plásticos

Usando cobre para convertir CO2 en etileno
El dióxido de carbono es un producto químico compuesto de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno (CO2). Está presente en la atmósfera de la Tierra a baja concentración y actúa como un gas de efecto invernadero. La gran mayoría de las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono (es decir, emisiones producidas por actividades humanas) provienen de la combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón, petróleo y gas natural. Se ha estimado que si las emisiones de gases de efecto invernadero continúan al ritmo actual, la temperatura de la superficie terrestre podría exceder los valores históricos tan pronto como en el año 2047, con efectos potencialmente dañinos sobre los ecosistemas, la biodiversidad y los medios de vida de personas de todo el mundo (fuente: Wikipedia).

 La superficie de un catalizador de cobre nanoestructurado que convierte el dióxido de carbono en etileno (© Phil De Luna et al.) Zoom

Los científicos de todo el mundo han estado buscando formas de reducir el efecto invernadero, por ejemplo tomando CO2, el más notorio de los gases de efecto invernadero para convertirlo en algo útil, por ejemplo plástico. Los efectos positivos podrían ser significativos, ya que desviarían el CO2 de la atmósfera y reducirían la necesidad de combustibles fósiles para fabricar productos.

Un grupo de investigadores, dirigido por el grupo Ted Sargent de la Universidad de Toronto, acaba de publicar resultados que acercan mucho más esta posibilidad. Trabajando en conjunto con la Canadian Light Source (CLS), centro de investigación basada en sincrotrones, y utilizando una nueva técnica exclusiva de la instalación, pudieron identificar las condiciones que convierten CO2 a etileno de la manera más eficiente. El etileno, a su vez, se utiliza para fabricar polietileno, el plástico más utilizado hoy en día, cuya producción mundial anual ronda los 80 millones de toneladas.

En el corazón de este trabajo está la reacción de reducción de dióxido de carbono, en donde el CO2 se convierte en otros químicos mediante el uso de una corriente eléctrica y una reacción química, ayudados por un catalizador. Muchos metales pueden servir como catalizadores en este tipo de reacción: el oro, la plata y el zinc pueden formar monóxido de carbono, mientras que el estaño y el paladio pueden formar formiato. Solo el cobre puede producir etileno, el componente principal del plástico de polietileno.

 El estudiante de doctorado Phil De Luna diseñó, sintetizó y probó el catalizador, realizó estudios de espectroscopía de rayos X y llevó a cabo simulaciones computacionales avanzadas. El estudiante de doctorado Rafael Quintero-Bermudez realizó espectroscopía de rayos X, caracterización de materiales y análisis de datos (© Victoria Martinez) zoom

"El cobre es un metal mágico. Es mágico porque puede producir muchos productos químicos diferentes, como metano, etileno y etanol, pero controlar lo que hace es difícil ", dice Phil De Luna, estudiante de PhD de la Universidad de Toronto, el investigador principal de este proyecto. El equipo pudo diseñar un catalizador e identificar las condiciones ideales para maximizar la producción de etileno, al tiempo que minimizaba la producción de metano a casi nada. Junto con la tecnología de captura de carbono, esto podría conducir a un mecanismo de producción verde para los plásticos cotidianos, mientras que secuestra gases nocivos de efecto invernadero.

Técnicas innovadoras
Una pieza única de equipo desarrollada por el científico senior de CLS, Tom Regier, hizo posible que los investigadores estudiasen la morfología o forma y el entorno químico de su catalizador de cobre a lo largo de la reacción de reducción de CO2, en tiempo real. "Esto nunca se ha hecho antes", dice el estudiante de doctorado Rafael Quintero-Bermúdez, otro de los primeros coautores del artículo. "Esta medición única nos permitió explorar una gran cantidad de preguntas de investigación sobre cómo se lleva a cabo el proceso y cómo se puede diseñar para mejorar". Al identificar las condiciones precisas que maximizan la producción de etileno durante la reacción, es posible diseñar un catalizador para cumplir esas condiciones

Kunststoffe International
07 Febrero 2018