- Científicos de Yale combinan plasma y electricidad para transformar dióxido de carbono en productos químicos.
- El método permite generar productos con múltiples carbonos, muy útiles para la industria química.
- La investigación propone una interfaz trifásica para superar las limitaciones de la interacción entre el plasma y el agua.
- El sistema opera a temperatura y presión ambiente, lo que facilita su comercialización.
Científicos de Yale han desarrollado un sistema que combina plasma y electricidad para convertir dióxido de carbono (CO2) en productos químicos valiosos, como metanol y butano. La investigación fue dirigida por la doctora Lea Winter, profesora asistente de Ingeniería Química y Ambiental en Yale. Winter y su equipo intentaron combinar el plasma con la electrocatálisis. El plasma, conocido generalmente como el cuarto estado de la materia, después de los estados sólido, líquido y gaseoso, es un gas de alta energía en el que los electrones se han separado de los átomos, formando partículas cargadas. Winter señaló que este método puede transformar el CO2 en combustibles, medicamentos, disolventes y otros productos químicos derivados de combustibles fósiles.
Agregó: "Los productos con múltiples carbonos que generamos con este método son muy útiles para muchas industrias químicas". También puede producir sustancias químicas precursoras de combustibles sostenibles para aviación.
La combinación de plasma y electrocatálisis
Descomposición del CO2 Aunque el CO2 es bastante abundante, aún no se utiliza de forma generalizada para producir productos valiosos. Esto se debe a que es una molécula altamente estable e inerte, y su conversión en sustancias útiles requiere grandes cantidades de energía. La electrocatálisis es una solución prometedora: emplea electricidad y catalizadores para impulsar reacciones químicas que transforman el CO2 en otros compuestos. Sin embargo, la electrocatálisis por sí sola suele generar productos de carbono relativamente simples y limitados. Por ello, el equipo de Yale consideró combinar la electrocatálisis con plasma, que contiene electrones de alta energía. Estos electrones excitan las moléculas de CO2 y debilitan sus enlaces antes de que lleguen al catalizador.
El catalizador puede entonces aprovechar estas especies activadas para formar diferentes productos. Winter señaló que el plasma abre rutas químicas a las que la electrocatálisis por sí sola no puede acceder.
Una solución innovadora mediante una interfaz trifásica
Sin embargo, estos procesos plasmáticos-electroquímicos suelen depender de una interfaz con agua, lo que puede limitar su eficacia. Aunque el plasma es capaz de activar el CO2 gaseoso, el agua puede apagar y neutralizar las especies plasmáticas más reactivas antes de que lleguen al catalizador. Winter añadió: "Determinar cómo combinar eficazmente el plasma con el catalizador, de modo que realmente podamos observar el efecto del plasma y permitir que estas especies excitadas por el plasma participen en la reacción catalítica, ha sido un desafío".
Superar las limitaciones Para abordar este problema, los científicos propusieron una interfaz trifásica que combina componentes gaseosos, líquidos y sólidos. Al mismo tiempo, evita el contacto directo entre el plasma y el agua. El sistema se basa en un electrodo de difusión de gas, una membrana fabricada con el mismo tipo de material que las sartenes antiadherentes. Está parcialmente recubierto con una fina capa de cobre, que actúa como electrocatalizador. Sus poros son lo suficientemente grandes como para permitir que las partículas del plasma atraviesen la capa del catalizador, se encuentren con los protones del agua e impulsen la reacción química. Según los científicos, este método ha logrado hasta la fecha el mayor rendimiento en la producción de alcoholes valiosos y de moléculas de tres y cuatro átomos de carbono.
Estos productos pueden emplearse en combustibles líquidos, medicamentos y otros productos valiosos. El equipo optimizará a continuación los catalizadores y experimentará con otros materiales.
Potencial de comercialización y aplicaciones
El sistema también opera a temperatura y presión ambiente, lo que podría facilitar su comercialización. Winter resumió en un comunicado de prensa: "Es un proceso que se puede encender y apagar bajo demanda. Se puede activar o desactivar en cualquier momento según la disponibilidad de electricidad. También puede funcionar directamente con electricidad renovable intermitente, por lo que es posible readaptar plantas existentes sin necesidad de construir una fábrica completamente nueva". La investigación fue publicada en la revista Nature Catalysis.
Implicaciones de esta tecnología para la energía sostenible
La investigación de Yale demuestra el potencial de combinar plasma y electrocatálisis, ofreciendo un nuevo método para la conversión de dióxido de carbono. A medida que aumenta la demanda global de reducir las emisiones de carbono, esta tecnología es capaz de transformar eficazmente el CO2 en combustible sostenible para aviación y otros productos químicos, lo que resulta de gran importancia para la protección del medio ambiente y la transición energética. Además, el sistema opera a temperatura y presión ambiente, lo que reduce las barreras técnicas para su comercialización y podría facilitar la readaptación de plantas existentes, logrando un uso más eficiente de la energía.