El dióxido de carbono industrial excedente crea una oportunidad para convertir los desechos en un bien valioso. El exceso de CO2 puede ser una materia prima para productos químicos derivados típicamente de combustibles fósiles, pero el proceso consume mucha energía y es caro. Los ingenieros químicos de la Universidad de Illinois han evaluado la viabilidad técnica y económica de una nueva tecnología de electrólisis que utiliza un subproducto de biocombustible barato para reducir el consumo de energía del proceso de valorización de residuos en un 53 por ciento.

Los nuevos hallazgos se publican en la revista Energía de la naturaleza .

La conversión de CO2 en productos químicos como etileno para plásticos es posible mediante un proceso llamado reducción electroquímica. Típicamente, una corriente de gas CO2 y un electrolito fluido se mueven a través de una celda de electrólisis que descompone el CO2 en moléculas como etileno en el cátodo, pero también produce oxígeno del agua en el ánodo, dijeron los investigadores.

"Aproximadamente el 90 por ciento de la energía requerida en la reducción de CO2 convencional es utilizada por los productores de oxígeno, lado del ánodo de una celda de electrólisis, "dijo Paul Kenis, un profesor de ingeniería química y biomolecular, presidente del departamento y coautor del estudio. "Pero no hay un gran mercado para el exceso de oxígeno, por lo que el 90 por ciento de la energía se desperdicia esencialmente ".

Encontrar un material de alimentación que reduzca la energía para impulsar la reacción del ánodo podría ser una estrategia para reducir radicalmente los requisitos de energía de la conversión de CO2. según un reciente Informe de las Academias Nacionales del que Kenis fue coautor.

El nuevo estudio propone el glicerol, un subproducto orgánico de la producción de biocombustible de caña de azúcar que requiere menos energía para oxidarse, como una alternativa al paso de producción de oxígeno intensivo en energía.

Para probar si la nueva técnica de electrólisis tiene el potencial de impulsar el proceso completo de conversión de CO2 a un balance de carbono neutral o negativo, los investigadores examinaron el costo y el consumo de energía para el ciclo de producción del proceso de valorización de residuos. El ciclo de cuatro pasos incluye la captura de gases residuales de CO2 industriales, la entrada de electricidad, el nuevo

"Nuestro modelo utiliza la configuración actual de la red eléctrica como fuente de electricidad para hacer que el escenario sea más realista, "Ser capaz de impulsar la conversión de CO2 con la infraestructura ya instalada, y no depender de la esperanza de que la futura red funcione con 100 por ciento de energías renovables, mientras se logra la neutralidad o negatividad de carbono podría ser un escenario del santo grial", dijo Kenis.

El análisis incluye los mejores y peores escenarios de emisiones de CO2 y consumo de energía y concluye que las perspectivas de reducción de CO2, en términos de emisiones de CO2 y economía, puede mejorar drásticamente mirando más allá de las reacciones de ánodo convencionales.

"La reacción de electrólisis basada en glicerol es muy prometedora. Sin embargo, Continuaremos explorando otros materiales de desecho orgánicos porque incluso cuando la producción aumenta a raíz del aumento de la producción de biocombustibles, todavía no será suficiente para satisfacer plenamente la necesidad, Kenis dijo. "La buena noticia es que la química involucrada es flexible y hay muchos productos de desecho orgánicos que pueden hacer el trabajo".

Muchos investigadores se centran en mejorar la selectividad y la actividad de los catalizadores químicos para las reacciones de reducción de CO2, y ese trabajo debe continuar, dijo Sumit Verma, ex estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular y coautor del estudio. "Mirar más allá de la evolución del oxígeno en el ánodo parece una situación en la que todos ganan, ya que no solo reducimos el consumo de energía de los procesos, sino que también producimos un segundo flujo de productos valiosos, " él dijo.