Ilustración de 'fotosíntesis artificial, 'un proceso por el cual la luz del sol, CO2, y el agua se convierte en laboratorios en combustibles útiles. Este es el objetivo principal del Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (JCAP), un Centro de Innovación Energética del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), que busca 'asegurar el suministro de energía para las generaciones futuras'. Crédito:JCAP
Los químicos han descubierto un nuevo forma más eficiente de crear combustibles a base de carbono a partir del dióxido de carbono (CO2). En reacciones químicas realizadas en el laboratorio, un equipo de Caltech ha identificado un nuevo aditivo que ayuda a convertir selectivamente el CO2 en combustibles que contienen múltiples átomos de carbono, un paso hacia la producción final de combustibles líquidos renovables que no se derivan del carbón o del petróleo.
"Los resultados fueron bastante impactantes, "dice Jonas Peters, Bren Professor of Chemistry en Caltech y director del Resnick Sustainability Institute, quien lideró la investigación en colaboración con Theodor Agapie, profesor de química en Caltech. "Generalmente, en este tipo de reacciones con CO2, ves muchos subproductos como el metano y el hidrógeno. En este caso, la reacción fue muy selectiva para los combustibles más deseables que contienen múltiples carbonos, como el etileno, etanol, y propanol. Vimos una conversión del 80 por ciento a estos productos de combustibles de carbón múltiple, con sólo el 20 por ciento o más en hidrógeno y metano ".
Los combustibles con múltiples átomos de carbono son más deseables porque tienden a ser líquidos y los combustibles líquidos almacenan más energía por volumen que los gaseosos. Por ejemplo, propanol, que es líquido y contiene tres átomos de carbono, almacena más energía que el metano, que es un gas y solo tiene un átomo de carbono.
El objetivo de químicos como Peters, Agapie, y sus colegas que trabajan en el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (JCAP), un Centro de Innovación Energética del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), es crear artificialmente combustibles líquidos de transporte de múltiples carbono utilizando los ingredientes ampliamente disponibles de la luz solar, agua, y CO2. La nueva investigación, publicado el 21 de julio en el Ciencia Central ACS , y financiado por JCAP, es un paso hacia ese objetivo.
Este diagrama ilustra el proceso mediante el cual los investigadores de Caltech convirtieron el dióxido de carbono (CO2) en productos combustibles que contienen múltiples átomos de carbono (los combustibles con múltiples carbonos tienden a ser líquidos y los combustibles líquidos almacenan más energía por volumen que los gaseosos). Usaron un aditivo llamado arilpiridinios N-sustituidos en sus reacciones químicas, que depositó una fina película sobre un electrodo de cobre. La película ayudó a convertir CO2 de manera más selectiva en los combustibles deseados. Crédito:Caltech
La investigación del estudio fue realizada por los eruditos postdoctorales de Caltech Ruud Kortlever y Hsiang-Yun Chen y el ex postdoctoral Zhiji Han.
Para encontrar la combinación ideal para fabricar combustibles de múltiples carbono, el equipo experimentó con una mezcla de diferentes productos químicos en el laboratorio. Usaron una solución acuosa y un electrodo de cobre, que sirvió como catalizador y fuente de energía en lugar del sol. El grupo agregó CO2 a la solución, así como una clase de moléculas orgánicas llamadas arilpiridinios N-sustituidos, que formó un depósito muy fino en el electrodo. Esta película, por razones que aún no se entienden, mejoró drásticamente la reacción de fabricación de combustible, producir selectivamente los productos químicos deseables etanol, etileno, y propanol.
"Es fácil producir hidrógeno en estas condiciones, por lo que normalmente vemos mucho ", dice Agapie." Pero queremos desfavorecer la producción de hidrógeno y favorecer los combustibles líquidos de alta densidad energética con enlaces carbono-carbono, que es exactamente lo que obtenemos en nuestros experimentos ".
El siguiente paso es averiguar cómo los aditivos mejoran la reacción. Los investigadores también planean probar aditivos similares para ver si pueden mejorar aún más la selectividad de los combustibles deseados. Por último, esta información puede ayudar a generar combustibles alternativos elaborados de manera eficiente a partir de la luz solar, CO2, y agua, en lugar de aceite.
"La naturaleza ha almacenado energía solar en forma de petróleo durante un largo período de la historia de la tierra a través de un proceso que lleva millones de años, ", dice Peters." A los químicos les gustaría descubrir cómo hacer esto mucho más rápido ".
