Dr. Cao-Thang Dinh, izquierda, y el Dr. Md Golam Kibria demuestran su nuevo catalizador. En un artículo publicado hoy en Science, su equipo demostró el proceso más eficiente y estable para convertir el dióxido de carbono que calienta el clima en los componentes básicos de los plásticos, todo alimentado con electricidad renovable. Crédito:Laura Pedersen
Una nueva tecnología de U of T Engineering está dando un paso sustancial para permitir a los fabricantes crear plásticos a partir de dos ingredientes clave:la luz solar y la contaminación.
Hoy dia, Los combustibles fósiles no renovables no solo proporcionan la materia prima a partir de la cual se fabrican los plásticos, también son el combustible que se quema para impulsar el proceso de fabricación, produciendo dióxido de carbono (CO 2 ) —La Agencia Internacional de Energía estima que la producción de los principales precursores de los plásticos es responsable del 1,4 por ciento del CO2 global 2 emisiones.
Un equipo dirigido por el profesor Ted Sargent de la Universidad de Toronto está dando un vuelco a este proceso. Ellos prevén capturar CO 2 producido por otros procesos industriales y utilizando electricidad renovable, como la energía solar, para transformarla en etileno. El etileno es un químico industrial común que es un precursor de muchos plásticos, como los que se utilizan en las bolsas de la compra.
El sistema aborda un desafío clave asociado con la captura de carbono. Si bien existe tecnología para filtrar y extraer CO 2 de los gases de combustión, la sustancia tiene actualmente poco valor económico que pueda compensar el costo de capturarla; es una propuesta que pierde dinero. Al transformar este carbono en un producto comercialmente valioso como el etileno, el equipo tiene como objetivo aumentar los incentivos para que las empresas inviertan en tecnología de captura de carbono.
El Dr. Cao-Thang Dinh configura su nuevo dispositivo catalítico para convertir el dióxido de carbono en etileno. Crédito:Laura Pedersen
En el núcleo de la solución del equipo se encuentran dos innovaciones:el uso de un catalizador a base de cobre delgado contra la intuición y una estrategia experimental reinventada.
"Cuando realizamos el CO 2 conversión a etileno en medios muy básicos, descubrimos que nuestro catalizador mejoró tanto la eficiencia energética como la selectividad de la conversión a los niveles más altos jamás registrados, "dijo el becario postdoctoral Dr. Cao-Thang Dinh, el primer autor del artículo publicado hoy en la revista Ciencias . En este contexto, eficiencia significa que se requiere menos electricidad para lograr la conversión. Luego, los autores utilizaron este conocimiento para mejorar aún más el catalizador e impulsar la reacción para favorecer la formación de etileno, a diferencia de otras sustancias.
Próximo, el equipo abordó la estabilidad, lo que ha sido un desafío durante mucho tiempo con este tipo de catalizador a base de cobre. El modelado teórico muestra que las condiciones básicas, es decir, altos niveles de pH:son ideales para catalizar CO 2 al etileno. Pero bajo estas condiciones, la mayoría de los catalizadores, y sus apoyos, descomponerse después de menos de 10 horas.
El equipo superó este desafío modificando su configuración experimental. Esencialmente, depositaron su catalizador sobre una capa de soporte porosa hecha de politetrafluoroetileno (PTFE, mejor conocido como teflón) y emparedado su catalizador con carbono en el otro lado. Esta nueva configuración protege el soporte y el catalizador de la degradación debido a la solución básica, y le permite durar 15 veces más que los catalizadores anteriores. Como bono adicional, esta configuración también mejoró aún más la eficiencia y la selectividad.
Cao-Thang Dinh muestra el dispositivo catalítico de su equipo para convertir el dióxido de carbono en el valioso etileno químico. Crédito:Laura Pedersen
"Durante las últimas décadas, Sabemos que operar esta reacción en condiciones básicas ayudaría, pero nadie supo aprovechar ese conocimiento y transferirlo a un sistema práctico, ", dice Dinh." Hemos demostrado cómo superar ese desafío ".
Actualmente su sistema es capaz de realizar la conversión a escala de laboratorio, produciendo varios gramos de etileno a la vez. El objetivo a largo plazo del equipo es escalar la tecnología hasta el punto en que puedan convertir las múltiples toneladas de productos químicos necesarios para aplicaciones comerciales.
"Hicimos tres avances simultáneos en este trabajo:selectividad, eficiencia energética y estabilidad, "dice Sargent." Como grupo, estamos fuertemente motivados para desarrollar tecnologías que nos ayuden a realizar el desafío global de un futuro sin emisiones de carbono ".
El grupo multidisciplinar, que también incluye al profesor de ingeniería mecánica David Sinton, combina los puntos fuertes de la ciencia de los materiales, Ingeniería Química, química e ingeniería mecánica, está proporcionando nuevas perspectivas sobre el terreno. Varios miembros también están involucrados en CERT, el equipo de la Universidad de Toronto que acaba de avanzar a la ronda final del NRG COSIA Carbon XPRIZE. La competencia Carbon XPRIZE desafía a los grupos de la industria y el mundo académico a capturar las emisiones de carbono de las centrales eléctricas y convertirlas de manera eficiente en valiosos productos químicos.
