En un esfuerzo por reducir el impacto ambiental de las emisiones de dióxido de carbono, un investigador de la Universidad de Florida Central ha desarrollado una nueva tecnología que captura el dióxido de carbono y produce combustibles y productos químicos útiles. Yang Yang, profesor asociado del Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF, creó un dispositivo innovador que captura el dióxido de carbono con una microsuperficie compuesta por una película de óxido de estaño y una capa de flúor. A continuación, el dispositivo extrae el dióxido de carbono gaseoso a través de un electrodo burbujeante y convierte selectivamente los gases en monóxido de carbono y ácido fórmico, que son materias primas importantes para la fabricación de productos químicos. Esta tecnología, detallada en un estudio reciente en el Journal of the American Chemical Society, tiene como objetivo reducir la huella de carbono de la humanidad de forma sostenible al tiempo que aborda la necesidad de producir energía alternativa.
“Queremos crear una mejor tecnología para hacer que nuestro mundo sea mejor y más limpio”, dice Yang, que también es miembro del Clúster de Energía Renovable y Transformación Química (REACT) de la UCF. “Un exceso de dióxido de carbono tendrá un efecto invernadero en la Tierra y la calentará muy rápidamente. Esa es la razón por la que queremos desarrollar este nuevo material para capturarlo y convertirlo en productos químicos que podamos utilizar”.
Esta tecnología de captura de dióxido de carbono podría ubicarse en centrales eléctricas, instalaciones industriales o plantas de producción química donde se captura el dióxido de carbono de las emisiones y se convierte en productos útiles.
El diseño floreció de la naturaleza
La inspiración para el dispositivo y la mitigación de nuestro impacto en el medio ambiente provino directamente de la naturaleza misma, dice Yang.
“Nosotros, como científicos, siempre aprendemos de la naturaleza”, dice. “Queremos ver cómo funcionan los animales y los árboles. Para este trabajo, aprendimos del loto. Sabemos que el loto tiene una superficie realmente hidrófoba, lo que significa que cuando se vierte agua sobre la superficie, el agua se irá rápidamente de la superficie. También sabemos que las plantas verdes absorben dióxido de carbono y lo convierten en oxígeno a través de la fotosíntesis”.
El loto ayudó a Yang a concebir una tecnología de captura de dióxido de carbono que imita la superficie del loto, en la que el agua que gotea por la superficie hidrófoba fabricada de un dispositivo se separaría de la reacción de conversión de dióxido de carbono. Es necesario administrar con cuidado la cantidad de agua en la superficie de los materiales que pueden inundar el dispositivo o interrumpir la conversión de dióxido de carbono, dice Yang.
Una vez capturado, el gas de dióxido de carbono se dirige a través de un electrodo y se convierte a través de un proceso más personalizable que la fotosíntesis que ocurre naturalmente. La reacción electrocatalítica de reducción del dióxido de carbono convierte el gas de dióxido de carbono en sustancias químicas que contienen carbono, como metanol, metano, etileno, etanol, acetato y propanol, dependiendo de las vías de reacción específicas de los catalizadores.
“Queremos crear un material mejor que pueda captar rápidamente moléculas de dióxido de carbono del aire y convertirlas en sustancias químicas”, afirma Yang. “Simplemente reducimos la concentración de dióxido de carbono en el aire y lo convertimos en fase líquida y gaseosa para poder utilizar directamente esas sustancias químicas y campos convertidos para otras aplicaciones”.
Uno de los componentes más desafiantes de la investigación fue reducir la cantidad de agua que se esparce sobre la superficie de los materiales catalíticos al exponer los componentes del dióxido de carbono gaseoso en el electrolito líquido, afirma.
“Si hay demasiada agua alrededor de los materiales, se puede producir hidrógeno en lugar de convertir el dióxido de carbono en sustancias químicas”, afirma Yang. “Eso reducirá la eficiencia energética del proceso en general. Los materiales que utilizamos pueden repeler el agua de la superficie, por lo que podemos evitar la formación de hidrógeno y podemos mejorar en gran medida la eficiencia de reducción de dióxido de carbono. Eso significa que, con el tiempo, podemos utilizar casi toda la electricidad para nuestra reacción”.
Ampliación de escala
Existen muchos esfuerzos en todo el mundo para reducir, capturar o convertir el dióxido de carbono, incluida la plantación de árboles y el desarrollo de tecnologías de captura de dióxido de carbono a gran escala. Yang dice que espera que el dispositivo de captura y conversión de dióxido de carbono pueda servir como una opción alternativa viable a otros métodos más costosos o que requieren más tiempo. Aprovechar la electricidad ambientalmente sostenible es otro paso para implementar la tecnología de conversión de dióxido de carbono en la realidad, dice Yang.
“En nuestro proceso, podemos utilizar electricidad intermitente, como la electricidad que proviene del panel solar o del parque eólico”, dice.
La tecnología se basa en los esfuerzos energéticos previos de Yang en la UCF hace casi tres años para desarrollar nuevos materiales para celdas de combustible que usaban carbono mejorado con flúor. La investigación es un primer paso importante y un estudio fundamental que puede allanar el camino para métodos de captura de dióxido de carbono a mayor escala, afirma Yang.
“Para ello, validamos nuestro concepto desde el punto de vista fundamental”, afirma. “Probamos el rendimiento en nuestros reactores, pero en el futuro queremos desarrollar un prototipo más grande que pueda mostrar a la gente con qué rapidez podemos convertir y reducir la concentración de dióxido de carbono y generar productos químicos o combustibles muy rápidamente a partir de nuestro prototipo a gran escala”.
Entre los investigadores, estudiantes y becarios postdoctorales del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el Centro de Tecnología de Nanociencia y el Departamento de Química de la UCF se incluyen Lei Zhai; Fnu Joshua, MS; David Fox, PhD; Shengwen Liu; Zhao Li, PhD; Jinfa Chang; Guanzhi Wang, PhD; Ao Yu; y Wei Zhang, PhD.
Yang también colaboró con la Universidad de Houston; la Universidad de California, Berkeley; la Universidad de Stanford y el Instituto Oriental de Estudios Avanzados en Ningbo, China.
Fuente: Tech Xplore.
