Le tomó a la naturaleza décadas de fotosíntesis, seguidas de eones de intenso calor y presión de la actividad geológica para convertir el dióxido de carbono atmosférico en las largas cadenas de hidrocarburos que componen los combustibles fósiles. No tenemos el lujo de millones de años para absorber el exceso de carbono de nuestra atmósfera, pero los avances en química podrían ayudarnos a recorrer parte del camino en un abrir y cerrar de ojos.
El último avance es un nuevo catalizador capaz de producir moléculas de carbono de cadena corta hechas de dióxido de carbono a una velocidad que supera a los métodos anteriores. Desarrollada por ingenieros químicos de la Universidad de Stanford, la tecnología convierte los desechos de CO2 y una buena dosis de hidrógeno en cadenas de etano, propano e incluso butano, todas moléculas que pueden servir como fuente de combustible.
“Podemos crear gasolina, básicamente”, dice Matteo Cargnello, ingeniero químico de la Universidad de Stanford.
En los últimos años, no han faltado esfuerzos para encontrar formas económicas de eliminar el carbono del aire y convertirlo en algo por lo que la gente quiera pagar, como combustible o materiales sintéticos como el plástico. El desafío es hacer algo que haga mella en las ridículas cantidades de carbono que lanzamos a la atmósfera todos los años. Eso significa un proceso rápido que se puede escalar a bajo costo, encerrando la mayor cantidad de carbono posible en cada molécula.
“Para capturar la mayor cantidad de carbono posible, desea los hidrocarburos de cadena más larga. Las cadenas con 8 a 12 átomos de carbono serían las ideales”, dice Cargnello.
Las tecnologías actuales luchan por acercarse a este objetivo. Cuanto más larga sea la cadena, más calor y presión se requieren, lo que hace que el proceso sea menos eficiente y más costoso. Cargnello y su equipo centraron su investigación en polímeros orgánicos, materiales con poros que se pueden escalar fácilmente para adaptarse al tipo de estructura necesaria para maximizar la reactividad del dióxido de carbono y el hidrógeno en cadenas. Combinado con un metal catalítico efectivo para acelerar el proceso (en este caso, el elemento rutenio combinado con óxido de titanio), los investigadores pudieron mejorar la eficiencia al modelar las estructuras de poro del polímero.
Y lo mejoraron, demostrando un aumento de 10 veces en la rotación de cadenas de carbono de alto peso molecular. Sorprendentemente, la tasa de producción de las cadenas largas de butano de cuatro carbonos aumentó 1.000 veces al recubrir el catalizador con un tipo específico de polímero orgánico poroso.
“Un catalizador sin recubrimiento se cubre con demasiado hidrógeno en su superficie, lo que limita la capacidad del carbono para encontrar otros carbonos con los que unirse”, dice el ingeniero químico Chengshuang Zhou, candidato a doctorado en el laboratorio de Cargnello.
“El polímero poroso controla la relación carbono-hidrógeno y nos permite crear cadenas de carbono más largas a partir de las mismas reacciones”.
Idealmente, cualquier carbono que podamos extraer de la atmósfera debería quedar encerrado para siempre. Los combustibles neutrales en carbono podrían ayudar a abordar la economía de hacer que dicha tecnología se pague por sí misma, a expensas de simplemente crear un estilo de giro para el carbono atmosférico.
El paso para producir más butano, que es menos probable que se vaporice rápidamente en un gas a temperatura ambiente y se filtre a la atmósfera como cadenas más pequeñas, es significativo. Aún así, con más investigación, este tipo de proceso químico podría producir formas más estables de hidrocarburo que podrían incorporarse a estructuras más persistentes que querríamos almacenar de manera segura.
Por supuesto, la solución de la naturaleza para extraer carbono y empaquetarlo en materiales biológicos siempre será una prioridad número uno. No hay nada mejor que encerrar CO2 en forma de plantas. Pero si esto nos ayuda a dejar de depender de los combustibles fósiles más temprano que tarde, es una solución que vale la pena buscar.
Esta investigación fue publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: Science Alert.
