Alcanzar la sostenibilidad es uno de los desafíos más apremiantes de la humanidad hoy en día, y también uno de los más difíciles. Para minimizar nuestro impacto en el medio ambiente y comenzar a revertir el daño que la humanidad ya ha causado, es primordial esforzarse por lograr la neutralidad de carbono en tantas actividades económicas como sea posible. Desafortunadamente, la síntesis de muchas sustancias químicas importantes todavía causa altas emisiones de carbono.
Tal es el caso del acetileno (C2 H2 ), un hidrocarburo esencial con multitud de aplicaciones. Este gas altamente inflamable se utiliza para soldadura, corte industrial, endurecimiento de metales, tratamientos térmicos y otros procesos industriales. Además, es un precursor importante en la producción de resinas sintéticas y plásticos, incluido el PVC. Desde la producción de C2 H2 requiere combustibles fósiles como materia prima, se necesita urgentemente una ruta de síntesis más respetuosa con el medio ambiente.
En este contexto, un equipo de investigación basado en una colaboración entre el mundo académico y la industria entre la Universidad de Doshisha y Daikin Industries, Ltd., Japón, ha estado desarrollando una estrategia nueva y prometedora para producir C2 H2 utilizando dióxido de carbono (CO2 ) y agua (H2 O) como materia prima.
Su último estudio, que incluyó al profesor asistente Yuta Suzuki del Harris Science Research Institute y al profesor Takuya Goto del Departamento de Ciencias del Medio Ambiente y Modelado Matemático de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería, ambos de la Universidad de Doshisha, y Tomohiro Isogai del Centro de Tecnología e Innovación. en Daikin Industries Ltd., se publica en ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
El enfoque propuesto se basa en la conversión electroquímica y química del CO2 en C2 H2 mediante el uso de sales fundidas a alta temperatura, concretamente cloruros fundidos. Un aspecto clave del proceso es que aprovecha los carburos metálicos, que son sólidos compuestos de átomos de carbono y átomos metálicos, como punto pivote en la conversión.
"En nuestra estrategia, el CO2 se convierte primero en carburos metálicos como CaC2 y Li2 C2 , que se depositan en uno de los electrodos", explica el Dr. Suzuki. "Luego, estos carburos metálicos reaccionan con H2 O, generando C2 H2 gas."
Para lograr una mayor eficiencia energética con este método, el equipo tuvo que probar varias configuraciones, incluidos diferentes materiales de electrodos y composiciones de sales fundidas. Después de una serie de experimentos exhaustivos, que incluyeron voltamperometría cíclica, análisis de cristalinidad de carbono y difracción de rayos X, determinaron que NaCl−KCl−CaCl2 −CaO fundido saturado con CaCl2 adicional en un CO2 La atmósfera produjo los mejores resultados. Esta fusión particular condujo a la formación selectiva de CaC2 alrededor del cátodo, que logró mejores resultados que los fundidos, incluido el litio.
Esta estrategia innovadora ofrece importantes ventajas sobre las vías de síntesis convencionales de C2 H2 . En primer lugar, los electrodos se pueden reutilizar después de un simple tratamiento de reacondicionamiento, ya que la reacción deseada se produce en los carburos metálicos depositados en lugar de directamente en las superficies de los electrodos. Otra ventaja, y quizás la más destacable, es el aprovechamiento directo del CO2 como materia prima para producir una sustancia química valiosa y útil industrialmente.
"El enfoque propuesto representa una tecnología prometedora para lograr un ciclo energético y de recursos sostenible sin depender de combustibles fósiles", afirma el profesor Goto. "En el futuro, esta misma técnica podría utilizarse como tecnología de emisión de carbono negativo extrayendo dióxido de carbono del aire y utilizándolo como materia prima, particularmente en combinación con procesos de captura directa de aire".
Con un poco de suerte, más investigaciones sobre este interesante método conducirán a formas económica y ambientalmente viables de producir importantes resinas y productos químicos a partir de CO2. , allanando el camino hacia sociedades sostenibles. En última instancia, estos esfuerzos nos permitirían vivir en armonía con el medio ambiente y al mismo tiempo mantener muchos de los aspectos positivos de nuestra forma de vida moderna.
Más información: Yuta Suzuki et al, Nueva ruta de síntesis de acetileno mediante la formación electroquímica de carburos metálicos a partir de CO2 en cloruros fundidos, ACS Química e ingeniería sostenibles (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c08139
Información de la revista: ACS Química e Ingeniería Sostenible
Proporcionado por la Universidad de Doshisha
