Dos investigadores mexicanos se proponen convertir las excesivas emisiones de dióxido de carbono (CO2) a biocombustibles, lo cual mitigaría simultáneamente varios problemas de contaminación y traería beneficios a ciertos sectores de la industria, a la población y a mejorar su calidad de vida.
Actualmente hay dos vías para reducir las emisiones de carbono que preocupan al medio ambiente: la captura de CO2 y la conversión del compuesto, aunque idealmente son parte de un solo proceso, explica Carolina Orona del Instituto de Materiales Avanzados para la Manufactura Sostenible.
La investigación de Orona y Alejandro Montesinos-Castellanos se centra en convertir −a partir de un proceso de termo catálisis− el CO2 en metanol, un compuesto que puede ser usado tanto como combustible como para la elaboración de otros productos químicos.
Usualmente el metanol se produce a gran escala por una mezcla de CO y H2 proveniente de recursos fósiles, sin embargo transformar directamente el CO2 en metanol es una forma más atractiva de reducir emisiones.
“Se trata de una problemática global que ya está puntualizada en las agendas mundiales, sobre todo desde París, y de ahí parte esta necesidad de reducir las emisiones; sin embargo hay que entender que no se puede atacar este problema desde una sola perspectiva: los planes de acción deben de complementarse”, aseguró la investigadora.
¿Cómo convertir CO2 a un biocombustible?
El equipo de Orona propone un proceso de conversión de CO2 utilizando un material de cobre, óxido de cerio y óxido de magnesio activado en un reactor comercial de flujo continuo. Controlan temperatura y presión dentro del reactor mientras hacen pasar CO2 y H2, clave para la reacción.
Este control directo permite la termo catálisis y la recuperación de productos como el metanol.
Orona explica que, aunque esta tecnología ya se usa en algunos lugares del mundo como Islandia, todavía hay desafíos debido a que se necesitan catalizadores y diseños de reactores más económicos para hacer el proceso más eficiente.
“Nuestro siguiente paso sería movernos al uso de electrocatálisis, ya que este tipo de proceso requiere energía que se puede obtener de fuentes renovables y puede aplicarse a la conversión de CO2, a la producción de hidrógeno e incluso a remover contaminantes”, señaló Orona.
Nanomateriales para tratar aguas residuales
La conversión de CO2 a biocombustibles con la termocatálisis es producto de la investigación original de Orona sobre el uso de nano y micro materiales avanzados para descontaminar aguas residuales.
Orona notó que los métodos convencionales de tratamiento de agua apenas eliminaban una pequeña parte de los contaminantes químicos y farmacéuticos presentes en el medio acuático.
Tras varios experimentos, Orona encontró que, para mejorar el rendimiento de los materiales en el agua y lograr la adsorción de contaminantes orgánicos, había que usar nanotubos de titanato
De tal forma, se investigó la actividad fotocatalítica de diferentes materiales basados en el elemento químico bismuto, lo que permitiría activar el material modificado en el agua (a manera de pellets que se pueden recuperar) gracias a fuentes de luz.
Su investigación doctoral Synthesis, Characterization, and Application of Micro and Nanomaterials for the Removal of Organic Contaminants in Ground and Wastewaters le mereció a Carolina Orona el premio COMEPO 2023 por su tesis de posgrado para la innovación y el impacto social en México.
Como parte de su estancia en Finlandia, los investigadores también descubrieron que los catalizadores no solamente ayudaban a degradar los contaminantes, sino que también inhibían el crecimiento de microorganismos patógenos.
“Esta investigación alimentó en parte lo que hoy estamos buscando con el proceso de conversión de CO2, desde el tipo de catálisis que mejor se adecúa a este proceso hasta la manera en la que recuperamos el material restante”, explicó Orona.
Accesibilidad y escalamiento de tecnología son los siguientes pasos
De acuerdo con Orona, los resultados de la investigación permitirán conocer el potencial y la viabilidad de la tecnología de conversión de CO2 en metanol como método de descarbonización adecuado para la industria cementera, por ejemplo.
Una prioridad es determinar las condiciones y equipo necesario para que el proceso pueda ser replicado y adoptado por otras industrias generadoras de gases de combustión y lograr así un mayor impacto en la reducción de emisiones.
“Con este tipo de avances en la tecnología con la que contamos podemos tratar tanto agua como CO2 bajo procesos más similares”, explicó Carolina.
Orona destaca a su vez cómo la accesibilidad a este tipo de conversión de contaminantes a productos de valor como biocombustibles beneficiará tanto al sector industrial como a las comunidades locales debido a la posible generación de empleos y recursos humanos especializados.
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