Científicos en EEUU han desarrollado una manera de convertir gas CO2 de efecto invernadero en nanofibras de carbono, material con muchas propiedades únicas y gran potencial de uso de larga duración.
Su estrategia utiliza reacciones electroquímicas y termoquímicas en tándem que se ejecutan a temperaturas y presión ambiental relativamente bajas. Como describen los científicos -del Brookhaven National Laboratory y la Universidad de Columbia- en la revista Nature Catalysis, este enfoque podría bloquear con éxito el carbono en una forma sólida útil para compensar o incluso lograr emisiones de carbono negativas.
“Se pueden poner nanofibras de carbono en el cemento para fortalecerlo”, dijo en un comunicado Jingguang Chen, profesor de ingeniería química en Columbia con un nombramiento conjunto en Brookhaven Lab y quien dirigió la investigación. “Eso encerraría el carbono en el hormigón durante al menos 50 años, potencialmente más. Para entonces, el mundo debería pasar a utilizar principalmente fuentes de energía renovables que no emitan carbono”.
Como beneficio adicional, el proceso también produce gas hidrógeno (H2), un combustible alternativo prometedor que, cuando se utiliza, genera cero emisiones.
La idea de capturar CO2 o convertirlo en otros materiales para combatir el cambio climático no es nueva. Pero el simple hecho de almacenar gas CO2 puede provocar fugas. Y muchas conversiones de CO2 producen productos químicos o combustibles a base de carbono que se utilizan de inmediato, lo que libera CO2 de nuevo a la atmósfera.
“La novedad de este trabajo es que estamos tratando de convertir el CO2 en algo que tenga valor agregado pero en una forma sólida y útil”, dijo Chen.
Estos materiales de carbono sólido, incluidos los nanotubos y nanofibras de carbono con dimensiones que miden milmillonésimas de metro, tienen muchas propiedades atractivas, incluidas la resistencia y la conductividad térmica y eléctrica. Pero no es sencillo extraer carbono del dióxido de carbono y lograr que se una en estas estructuras de escala fina. Un proceso directo impulsado por calor requiere temperaturas superiores a los 1.000 grados Celsius.
“Es muy poco realista para la mitigación de CO2 a gran escala”, dijo Chen. “Por el contrario, encontramos un proceso que puede ocurrir a unos 400 grados Celsius, que es una temperatura mucho más práctica y alcanzable industrialmente”.
El truco consistió en dividir la reacción en etapas y utilizar dos tipos diferentes de catalizadores: materiales que facilitan que las moléculas se unan y reaccionen.
“Si se desacopla la reacción en varios pasos de subreacción, se puede considerar el uso de diferentes tipos de entrada de energía y catalizadores para que cada parte de la reacción funcione”, dijo el científico investigador de Brookhaven Lab y Columbia, Zhenhua Xie, autor principal del artículo.
Los científicos empezaron por darse cuenta de que el monóxido de carbono (CO) es un material de partida mucho mejor que el CO2 para fabricar nanofibras de carbono (CNF). Luego retrocedieron para encontrar la forma más eficiente de generar CO a partir de CO2.
Para el segundo paso, los científicos recurrieron a un termocatalizador activado por calor hecho de una aleación de hierro y cobalto. Funciona a temperaturas de alrededor de 400 grados Celsius, significativamente más suaves que las que requeriría una conversión directa de CO2 a CNF. También descubrieron que agregar un poco de cobalto metálico adicional mejora enormemente la formación de nanofibras de carbono.
“Al combinar la electrocatálisis y la termocatálisis, estamos utilizando este proceso en tándem para lograr cosas que no se pueden lograr con ninguno de los dos procesos por separado”, dijo Chen.
