Sostenibilidad
Emisiones Cíclicas – Creación de Metano a partir del Dióxido de Carbono
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Un nuevo proceso que permite a los científicos crear metano a partir del dióxido de carbono podría revolucionar el mercado, permitiendo a los fabricantes crear sistemas de carbono de ciclo cerrado. El proceso utiliza electroquímica y modelos matemáticos avanzados para convertir directamente el CO2 capturado en metano útil. Esto es lo que necesitas saber.
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero nocivo que es una de las principales causas del calentamiento global y otros problemas ambientales. Los científicos han ideado muchos métodos para combatir los efectos del CO2 en el medio ambiente. Desde la reducción de emisiones, la promoción de energía limpia y la creación de impuestos al carbono, el objetivo siempre ha sido disminuir los efectos perjudiciales del CO2.
Sistemas de Captura de Carbono
El concepto de capturar carbono se ha vuelto más popular en los últimos 5 años. Estos sistemas eliminan CO2 de la atmósfera y lo almacenan. Hay muchas formas en que los ingenieros han logrado esta tarea. La mayoría utiliza alguna reacción química para aislar el CO2 de otros gases y luego lo convierten en otros químicos que tienen valor.
Estos conceptos han demostrado ser exitosos pero aún están en sus etapas iniciales, siendo la mayoría costosos y careciendo de escalabilidad. Para que esta tecnología tenga un impacto real, deberá escalarse a nivel industrial, lo que permitirá ofrecer los mejores resultados a la comunidad.
Proceso de Varios Pasos
Otro gran obstáculo de las formas más comunes de captura de carbono hoy en día es que pueden requerir múltiples pasos. Cada paso lleva tiempo y requiere procesos muy específicos. En la mayoría de los casos, el primer paso es capturar y recolectar el CO2. A partir de ahí, cada sistema lleva a cabo su proceso para completar la conversión. Cada reacción química añade tiempo, complejidad y costos generales.
Químicos Peligrosos
Muchas de las opciones de captura de carbono más populares en el mercado actual dependen de reacciones químicas. Estos sistemas generan subproductos nocivos que reducen un poco los beneficios. Los químicos peligrosos deben almacenarse, transportarse y desecharse de manera específica, lo que aumenta el costo total por libra de carbono capturado.
Estudio de Emisiones Cíclicas
Una investigación reciente publicada en el Journal of the American Chemical Society titulada “Captura Integrada de Dióxido de Carbono por Aminas y Conversión a Metano en Catalizadores de Níquel de Átomo Único”1 profundiza en una nueva metodología que reduce los requisitos energéticos y podría ser autoalimentada. El estudio explica un método que convierte CO2 en metano de forma segura.
Fuente – Journal of the American Chemical Society
Este desarrollo es un hito importante, ya que el dióxido de carbono es uno de los principales subproductos de la combustión del metano. Los científicos han buscado durante mucho tiempo crear un ciclo de carbono cerrado. Este término se refiere a un sistema que puede aprovechar sus subproductos para continuar operando. Específicamente, el artículo detalla cómo lograron convertir carbamato en metano con éxito.
En el artículo, el CO2 se capturó usando una solución de lavado con aminas. El carbamato se alimentó luego a través de un catalizador a base de níquel, que presentaba átomos de níquel dispuestos en un patrón específico basado en modelos matemáticos avanzados.
Prueba de Emisiones Cíclicas
Para comprobar si la conversión estaba completa, los ingenieros emplearon una variedad de herramientas de investigación de alta gama, incluyendo espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y microscopía electrónica (EM). Estos dispositivos revelaron que la conversión se completó con éxito y que el CO2 se transformó en metano.
Los ingenieros aprovecharon cálculos de teoría del funcional de densidad (DFT) como parte de su enfoque. Estos modelos les permitieron predecir mejor, mediante el mapeo, la mejor disposición y distribución de electrones. Además, los ingenieros integraron un modelo de electrodo computacional de hidrógeno (CHE) para calcular energías libres de reacción. También fue fundamental para determinar los pasos exactos de transferencia de electrones acoplada a protones involucrados en cada reacción.
Resultados de Emisiones Cíclicas
Los resultados demostraron que el níquel de átomo único (Ni) dispersado sobre oro (Au) creó CH4 como producto principal. Mostró que el equipo logró convertir CO2 en metano y rastrear cada paso del proceso. El objetivo ahora es mejorar la eficiencia para maximizar la producción de energía de cada ciclo cerrado.
Beneficios de Emisiones Cíclicas
Esta investigación aporta varios beneficios al mercado. Por un lado, el nuevo método simplifica la captura y conversión del carbamato en un producto útil, el metano. El proceso es rápido y no genera subproductos nocivos o inútiles. Además, no requiere grandes cantidades de electricidad.
Baja Energía
Según los investigadores, este nuevo método ofrece los requisitos de energía más bajos posibles para quienes buscan captura y conversión de carbono. Las reacciones electroquímicas son eficientes y menos costosas que las alternativas y pueden realizarse in situ.
Proceso de Paso Único
Otro beneficio de este nuevo método de captura y conversión de carbono es que combina cada paso en un solo proceso. De manera única, el carbono se captura y convierte en un solo paso. Este enfoque reduce la complejidad, mejora la estabilidad y ofrece una transparencia mucho mayor.
Investigadores
Tomaz Neves-Garcia lideró el estudio realizado en The Ohio State University. Además, Quansong Zhu, Robert Baker, Liane M. Rossi, Mahmudul Hasan, Robert E. Warburton, Jing Li y Hailiang Wang de Yale University aparecen como coautores del estudio. Ahora el equipo busca escalar su proceso para atender al sector industrial.
Empresas que Podrían Beneficiarse de la Investigación de Emisiones Cíclicas
Varias empresas podrían mejorar sus resultados si integran esta investigación en sus modelos de negocio. Estas compañías ya operan en el ecosistema de captura de carbono o gas natural y han invertido una gran cantidad de energía y esfuerzo en crear productos únicos para servir a este mercado.
Air Products and Chemicals, Inc. (APD)
Air Products and Chemicals Inc (APD ) fue fundada en Detroit, Michigan, en 1940 por un emprendedor local llamado Leonard Parker Pool. En ese momento, la compañía se centraba en la fabricación de pequeños generadores para su uso durante la Segunda Guerra Mundial. Tras la finalización de la guerra, la empresa se comprometió a ampliar su oferta de productos.
Durante los últimos 80 años, Air Products and Chemicals Inc. se ha convertido en un proveedor de gases reconocido a nivel mundial. La compañía tiene una historia vibrante en los mercados de EE. UU. e internacionales. Su enfoque en el servicio y una clientela empresarial de gran escala le ha permitido asegurar retornos masivos y expandir sus operaciones.
APD Gráfico de precios
Air Products and Chemicals Inc. ha recibido numerosos reconocimientos a lo largo de su trayectoria, convirtiéndose en una de las opciones más populares para los fabricantes que buscan gas metano. En 2008, fue incluida en el Dow Jones Sustainability North America Index como una acción de alto rendimiento.
Hoy, APD muestra fuertes ganancias acumuladas en el año gracias a una combinación de factores, incluidos avances en sus procesos, gestión empresarial inteligente y el aumento del uso de metano. Si APD pudiera integrar esta tecnología en su modelo de negocio, podría reducir significativamente los costos de fabricación. Actualmente, APD tiene una capitalización de mercado de $73.961 B y muestra ganancias positivas para el año.
Delta CleanTech Inc. (OTC)
Empresa canadiense de reducción de impacto químico, Delta CleanTech Inc. ingresó al mercado buscando mejorar la tecnología de captura de carbono existente. La compañía ganó rápidamente notoriedad gracias a sus características y servicios únicos. Las empresas pueden aprovechar la experiencia de Delta CleanTech para reducir sus emisiones de CO2 y otros contaminantes nocivos.
La empresa cuenta con varios productos impactantes disponibles hoy. Por ejemplo, el Delta Reclaimer permite a las compañías purificar solventes. Además, la empresa ofrece actualmente un producto llamado MethanatorRX que puede descomponer metano de forma segura en productos inofensivos. La compañía también ofrece un servicio CarbonRX que permite a las empresas maximizar el uso de sus créditos de carbono.
Otros Sistemas de Captura de Carbono que Vale la Pena Conocer
Afortunadamente, los investigadores de Ohio State detrás del estudio de emisiones cíclicas no están solos en su misión de intentar salvar el medio ambiente reduciendo el CO2. Aquí hay otras formas interesantes que tienen el potencial de reducir significativamente las emisiones de CO2 en el futuro.
Reactor Electroquímico
Un equipo de ingenieros liderado por la Universidad RICE presentó el primer dispositivo de captura directa de aire a temperatura ambiente del mundo. Este reactor puede capturar carbono del aire sin dejar subproductos. Al igual que el equipo de OSU, su proceso electroquímico elimina los sorbentes basados en aminas como el hidróxido de sodio y potasio.
Curiosamente, el subproducto de este proceso resultó ser hidrógeno, otro químico muy útil que puede alimentar los mismos procesos. Además, la eliminación de calor y químicos adicionales mejora la sostenibilidad de este enfoque y lo hace universalmente aplicable.
Futuro
El futuro de la tecnología de captura de carbono es prometedor. Estos sistemas han tomado protagonismo en la lucha contra la contaminación. El enfoque único del equipo y la capacidad de crear metano a partir de CO2 es revolucionario en muchos niveles. Por un lado, ayuda a los científicos a comprender mejor los beneficios y desventajas de los sistemas de ciclo cerrado y cómo mejorar estas áreas para optimizar el rendimiento.
Conclusión de Emisiones Cíclicas
Hay que reconocer al equipo de OSU detrás de esta investigación. Los científicos han soñado con cerrar el ciclo del carbono de una manera que pueda ser beneficiosa para todos. Ahora, tu contaminación podría reciclarse en energía, y el ciclo de emisiones comienza. Por lo tanto, puedes esperar ver más enfoque en la captura de CO2, junto con políticas y campañas de reducción térmica.
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Referencia del Estudio:
1. Neves-Garcia, T., Hasan, M., Zhu, Q., Li, J., Jiang, Z., Liang, Y., Wang, H., Rossi, L. M., Warburton, R. E., & Baker, L. R. (2024). Captura integrada de dióxido de carbono por aminas y conversión a metano en catalizadores de níquel de átomo único. Journal of the American Chemical Society, 146(46), 31633–31646. https://doi.org/10.1021/jacs.4c09744 en español.
