El año pasado, los seres humanos emitieron aproximadamente 37 mil millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera, una cifra desastrosa e insostenible. Para evitar los peores efectos del cambio climático, podríamos capturar parte de ese carbono a medida que lo liberan las plantas de energía y almacenarlo permanentemente bajo tierra. Mejor aún, parte de ese dióxido de carbono residual podría convertirse en productos químicos útiles o combustible.

Estos procesos se conocen respectivamente como "captura y almacenamiento de carbono" y "utilización de dióxido de carbono". y ambos requieren grandes cantidades de materias primas. Como ejemplo, La captura de carbono puede implicar la ejecución de emisiones sobre algún metal, que luego reacciona con (y por lo tanto captura) el CO₂ antes de convertirlo en una sustancia diferente que se puede almacenar o reutilizar.

Para hacer mella en el cambio climático, la cantidad de metal necesaria sería enorme. Por ejemplo, si 1 gramo de un metal, en un catalizador de metal, podría capturar 100 gramos de emisiones de dióxido de carbono a base de carbón (un escenario optimista), alrededor de 1,5 millones de toneladas de este metal reducirían las emisiones globales en solo un 0,4%.

Entonces, aunque mantener el carbono fuera de la atmósfera es importante, es igualmente importante que lo hagamos de manera ecológica y sostenible. Si alguna vez se utilizan grandes cantidades de un metal para reducir significativamente las emisiones de carbono, debe tener un suministro sostenible para que las reservas no se agoten.

Desafortunadamente, muchas tecnologías parecen, en última instancia, insostenibles. Por ejemplo, un estudio reciente de un equipo de científicos japoneses, destacado por la Royal Society of Chemistry, describió cómo un catalizador basado en el renio metálico convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono. El monóxido de carbono es útil ya que se puede utilizar para formar productos químicos y combustibles como hidrógeno y metanol.

De hecho, el catalizador es extremadamente activo y puede trabajar con dióxido de carbono en concentraciones muy bajas. pero el sistema aún no es ideal. El renio es muy raro:se encuentra principalmente en Chile y Kazajstán, se estima que tiene una abundancia de menos de 10 partes por mil millones en la corteza terrestre (equivalente al 0,000001%). Para poner eso en perspectiva, el aluminio es 8 millones de veces más abundante y representa aproximadamente el 8% de la corteza terrestre.

El propio renio se utiliza principalmente para fabricar palas de turbinas en motores a reacción de aviones. Si este metal se empleara para abordar el cambio climático a nivel mundial, los recursos disminuirían y su precio aumentaría. Esto tendría un efecto dominó en la fabricación industrial.

Su baja abundancia también significa que producir este catalizador sería costoso. Por lo tanto, es poco probable que se persiga un modelo comercial global para la utilización de dióxido de carbono basado en renio en todo el mundo.

En otro estudio, un equipo de investigación estadounidense creó un catalizador de rutenio que podría transformar el dióxido de carbono del aire en metanol combustible. Sin embargo, el rutenio también es increíblemente raro, y probablemente encontraría los mismos problemas de disponibilidad y costo.

Conversión sostenible de dióxido de carbono

Afortunadamente, es posible desarrollar catalizadores que sean más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. Esto se relaciona con los principios de la "química verde" que ha existido desde la década de 1990 y ha ido viento en popa.

Soy uno de los numerosos investigadores de todo el mundo que utilizan relativamente abundantes y por tanto más sostenible, metales para la conversión de dióxido de carbono. Colegas y yo desarrollamos recientemente un catalizador de aluminio, por ejemplo. Tiene sentido usar aluminio, ya que es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre y se ha mostrado prometedor en la utilización de dióxido de carbono.

Este catalizador puede convertir el dióxido de carbono en carbonatos cíclicos, productos comercialmente valiosos utilizados en baterías, productos farmacéuticos y polímeros. El catalizador también se puede "regenerar" una vez que su reactividad ha desaparecido y se puede reutilizar varias veces.

Abundancia vs reactividad

Pero no siempre es sencillo utilizar metales más abundantes y admito que yo mismo he incursionado en el uso de metales menos sostenibles. Estos incluyen cromo, una forma tóxica de la que fue el tema de la película "Erin Brockovich, "y platino, otro metal que se estima que representa menos del 0,000001% de la corteza terrestre.

Utilicé estos escasos metales porque la sostenibilidad no siempre sustituye a la reactividad. Las diferencias químicas fundamentales entre elementos raros y abundantes significan que la simple sustitución no necesariamente creará un catalizador. Por ejemplo, mis colegas encontraron que el cromo era más reactivo en algunos casos que el aluminio en la formación de carbonatos cíclicos.

La investigación de metales raros sigue siendo un área interesante por explorar y conducirá a nuevos descubrimientos químicos que los metales abundantes no podrían producir. No se debe ignorar la impresionante actividad catalítica de los catalizadores de renio y rutenio.

Sin embargo, el enorme problema del cambio climático significa que tenemos que ser más realistas y considerados cuando se trata de diseñar catalizadores para aplicaciones industriales a gran escala. Esto no es de ninguna manera una hazaña fácil.

Por supuesto, El solo uso de abundantes materiales naturales no necesariamente hará que nuestros métodos sean más ecológicos. Una verdadera evaluación de la sostenibilidad es difícil e implica una evaluación compleja de todo el proceso, incluyendo factores como las materias primas utilizadas, energía requerida, costos de operación y ahorro de carbono.

Por último, debemos desviar más esfuerzos hacia la reducción sostenible del cambio climático lo antes posible. Como dijo David Attenborough en la reciente cumbre COP24 en Polonia:"Si no tomamos medidas, el colapso de nuestras civilizaciones, y la extinción de gran parte del mundo natural, está en el horizonte ".

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.