Diseñan un nuevo catalizador para reciclar el CO2 e impulsar la economía circular en la industria química y textil
El equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (CSIC-US) optimiza la fórmula para convertir el dióxido de carbono (CO₂) —uno de los principales gases responsables del cambio climático— en monóxido de carbono (CO), un compuesto esencial para la industria química y textil.
Fuente: Universidad de Sevilla
Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Sevilla, han diseñado un nuevo catalizador que transforma dióxido de carbono (CO₂) —uno de los principales gases responsables del cambio climático— en monóxido de carbono (CO), un compuesto esencial para la industria química y textil.
Este nuevo catalizador, que está formado por cobre, potasio, platino y titanio (denominado PtCuK@), contribuye al objetivo de desarrollar tecnologías más eficientes para el reciclaje de CO₂, necesarias para avanzar hacia una economía circular baja en carbono. En concreto, los resultados publicados en la revista Materials Horizons demuestran cómo este nuevo catalizador, usado como acelerador en los reactores de las industrias, es más sostenible al conseguir alargar la vida útil del mismo.
Esta nueva fórmula permite procesar mucha más cantidad de CO2 con una menor cantidad de catalizador, convirtiéndolo en CO de forma más selectiva y evitando su conversión en metano, una de las sustancias resultantes en la mayoría de catalizadores actuales debido al uso de bajas temperaturas. “Precisamente, este es otro de los puntos de mejora de esta tecnología y es que se ha conseguido requerir de temperaturas más bajas para transformar el CO2, consumiendo menor cantidad de energía y abaratando los costes”, afirmó el primer autor del estudio e investigador de la Universidad de Sevilla, Rubén Blay-Roger.
El investigador de la Universidad de Sevilla, Rubén Blay-Roger.
Asimismo, el monóxido de carbono resultante tiene dos usos principales: su almacenaje y reutilización en otros sectores industriales o su reciclaje en la propia industria en la que se emite. En el caso de la primera, puede utilizarse en el tratamiento de aceros, la electrónica, el diseño de fármacos o la producción de metanol, hidrocarburos, fármacos y polímeros. En el caso de la segunda, con este nuevo catalizador, se utiliza la propia reacción de combustión que genera la conversión a CO para acoplarla a otra reacción que se requiera en otro reactor y aprovechar para producir combustibles o aromados.
A diferencia de los métodos habituales para elaborar catalizadores en los que prueban muchas formulaciones y solo evalúan el rendimiento final, el equipo del ICMS ha estudiado qué ocurre en su superficie mientras entra en funcionamiento. Gracias a esta aproximación, detectaron la formación de compuestos que conducen a su desactivación, como acroleína y especies carbonilo, responsables de generar depósitos de carbono que “ensucian” el material. Con esta información, los investigadores ajustaron la composición del catalizador y añadieron una cantidad muy baja de platino, lo que redujo notablemente la formación de depósitos, abarató los costes del catalizador final y mejoró la estabilidad a largo plazo.
Más estabilidad y vida útil
Con este nuevo catalizador, los investigadores han conseguido mejorar y optimizar los procesos industriales, consiguiendo darles mayor estabilidad a los catalizadores. Esta característica es imprescindible para la industria, dado que reiniciar un reactor para cambiar su catalizador genera no solo unos altos costes, sino un importante impacto medioambiental. En este sentido, esta nueva tecnología ha conseguido no solo ampliar su estabilidad, sino su vida útil con un rendimiento de más de 60 horas, y unos ciclos de regeneración sencillos, en concreto, resisten una campaña de ocho ciclos alternando reacción con regeneración en hidrógeno.
En esta investigación, realizada por el Grupo de Química en Superficies y Catálisis del ICMS en colaboración con la Universidad de California Santa Cruz (Estados Unidos) y la Universidad Forestal de Beijing (China), se han elaborado con cobre envuelto en óxido de titanio, con potasio como promotor y se hizo una selección de materiales para ver durante el proceso catalítico si mantenía su estructura electrónica. Para ello, se han hecho distintas pruebas de espectroscopia con el objetivo de observar que sucedía en la superficie del catalizador.
De esta forma, el equipo demostró un mejor funcionamiento en el rendimiento del catalizador, ya que el mejorado con platino alcanza una conversión máxima del 35.7%, frente al 19.6% del material sin platino, manteniendo selectividad completa hacia CO en las condiciones evaluadas. Estas cifras superan las cifras esperadas, dado que minimiza la cantidad de catalizador que se requiere en proporción a la cantidad de CO2 que se desea convertir.
Dicho proyecto se ha dado gracias a la financiación pública del Ministerio de Ciencia e Innovación de España, mediante el proyecto SMART FTS, junto con la Junta de Andalucía, con el proyecto EMERGIA 2021 y la ayuda del Centro de Investigación, Tecnología e Innovación de la Universidad de Sevilla (CITIUS).
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