Un descubrimiento revolucionario en la conversión de captura de carbono para la producción de etileno

Un equipo de investigadores dirigido por Meenesh Singh en la Universidad de Illinois Chicago descubrió una forma de convertir el 100 % del dióxido de carbono capturado de los gases de escape industriales en etileno, un componente clave para los productos de plástico.

Sus hallazgos se publican en Informes celulares Ciencias físicas.

Si bien los investigadores han estado explorando la posibilidad de convertir el dióxido de carbono en etileno durante más de una década, el enfoque del equipo de la UIC es el primero en lograr una utilización de casi el 100 % del dióxido de carbono para producir hidrocarburos. Su sistema utiliza electrólisis para transformar el gas de dióxido de carbono capturado en etileno de alta pureza, con otros combustibles a base de carbono y oxígeno como subproductos.

El proceso puede convertir hasta 6 toneladas métricas de dióxido de carbono en 1 tonelada métrica de etileno, reciclando casi todo el dióxido de carbono capturado. Debido a que el sistema funciona con electricidad, el uso de energía renovable puede hacer que el proceso sea negativo en carbono.

Según Singh, el enfoque de su equipo supera el objetivo de carbono cero neto de otras tecnologías de captura y conversión de carbono al reducir realmente la producción total de dióxido de carbono de la industria. «Es un neto negativo», dijo. «Por cada tonelada de etileno producido, estás tomando 6 toneladas de CO₂ de fuentes puntuales que de otro modo serían liberadas a la atmósfera».

Los intentos anteriores de convertir el dióxido de carbono en etileno se han basado en reactores que producen etileno dentro de la corriente de emisión de dióxido de carbono de la fuente. En estos casos, tan solo el 10% de CO₂ las emisiones normalmente se convierten en etileno. Posteriormente, el etileno debe separarse del dióxido de carbono en un proceso intensivo en energía que a menudo involucra combustibles fósiles.

En el enfoque de UIC, una corriente eléctrica pasa a través de una celda, la mitad de la cual está llena de dióxido de carbono capturado, la otra mitad con una solución a base de agua. Un catalizador electrificado extrae átomos de hidrógeno cargados de las moléculas de agua hacia la otra mitad de la unidad separada por una membrana, donde se combinan con átomos de carbono cargados de las moléculas de dióxido de carbono para formar etileno.

Entre los productos químicos fabricados en todo el mundo, el etileno ocupa el tercer lugar en emisiones de carbono después del amoníaco y el cemento. El etileno se usa no solo para crear productos de plástico para las industrias de embalaje, agrícola y automotriz, sino también para producir productos químicos que se usan en anticongelantes, esterilizadores médicos y revestimientos de vinilo para casas.

El etileno generalmente se produce en un proceso llamado craqueo al vapor que requiere enormes cantidades de calor. El craqueo genera alrededor de 1,5 toneladas métricas de emisiones de carbono por tonelada de etileno creado. En promedio, los fabricantes producen alrededor de 160 millones de toneladas de etileno cada año, lo que resulta en más de 260 millones de toneladas de las emisiones de dióxido de carbono en todo el mundo.

Además del etileno, los científicos de la UIC pudieron producir otros productos ricos en carbono útiles para la industria con su enfoque de electrólisis. También lograron una eficiencia de conversión de energía solar muy alta, convirtiendo el 10% de la energía de los paneles solares directamente en la producción de productos de carbono. Esto está muy por encima del estándar de última generación del 2%. Para todo el etileno que produjeron, la eficiencia de conversión de energía solar fue de alrededor del 4%, aproximadamente la misma tasa que la fotosíntesis.