Si los humanos crearan una sala de emisiones de la vergüenza, ¿Qué contaminantes nominaría?

El dióxido de carbono y el metano probablemente serían los favoritos de los fanáticos. Pero tómese un momento y considere mi caballo oscuro candidato:dióxido de azufre. A diferencia de sus contrapartes basadas en carbono, El dióxido de azufre no se considera un gas de efecto invernadero importante y no recibe tanta atención en los medios de comunicación. En lugar de, hace su trabajo sucio de otras formas.

El dióxido de azufre se emite principalmente a través de la quema de combustibles fósiles de las centrales eléctricas, industria, automóviles aviones y barcos. El dióxido de azufre luego encuentra otras moléculas atmosféricas en el aire, se combina con ellos, y forma partículas que contienen azufre.

Estas partículas inhalables pueden ser muy pequeñas, algunas de menos de una décima parte del ancho de un cabello humano, y contribuyen a la lluvia ácida. neblina y smog. Todos estos causan complicaciones respiratorias y exacerban condiciones existentes como el asma. De hecho, estas partículas se consideran el contaminante del aire con mayor impacto en la salud pública.

Soy un químico orgánico que desarrolla tecnologías para resolver desafíos problemas a gran escala como la contaminación por azufre a nivel molecular.

Un problema global

Viviendo en Los Ángeles, Es imposible evitar la contaminación por partículas que contienen azufre a diario y también es un problema de salud pública importante en muchas otras ciudades de América del Norte. Otras partes del mundo, incluidas muchas ciudades de la India y China, lo tengo aún peor.

Pero hay un rayo de luz en nuestra nube de smog. Considerando que el dióxido de carbono es un subproducto necesario de la combustión de combustibles fósiles, el dióxido de azufre no lo es. A diferencia del carbono, El azufre es en realidad un contaminante no deseado en los combustibles. Esto significa que si se pudiera eliminar todo el azufre de los combustibles fósiles antes de que se quemen, Se reducirían drásticamente las emisiones de azufre y se reduciría la contaminación.

Afortunadamente, la mayor parte del azufre ya se elimina de los combustibles durante el refinado a través de un notable proceso químico llamado hidrodesulfuración. El azufre se elimina del combustible en forma de sulfuro de hidrógeno, que posteriormente se convierte en azufre sólido, o ácido sulfúrico. Pero ciertas moléculas de azufre rebeldes tienden a evitar este proceso por completo y estos contaminantes llegan a nuestros tanques de gas. Por ejemplo, incluso el diésel ultra bajo en azufre (ULSD) contiene entre 10 y 15 partes por millón de azufre.

El proceso de hidrodesulfuración se basa en un catalizador metálico, altas presiones de gas hidrógeno, y altas temperaturas:es una ciencia y una ingeniería muy complejas. El catalizador y experto en refinación Valentin Parmon reflexionó sobre lo sofisticado que es realmente este proceso en una conferencia de 2016. En eso, Señaló que hay más países con la capacidad técnica para producir armas nucleares que países que pueden refinar sustancialmente los combustibles.

Dado que se espera que la demanda mundial de petróleo crezca hasta aproximadamente 2040, Los científicos e ingenieros deben encontrar rápidamente una manera de reducir aún más la cantidad de azufre en los combustibles. idealmente a niveles insignificantes. Un avance de este tipo permitiría a las personas de todo el mundo respirar mejor.

Química acelerada

En 2016, Defendí mi doctorado. en química orgánica del laboratorio Grubbs en Caltech. Durante mis estudios, mi equipo y yo descubrimos que una clase de moléculas que contienen el elemento potasio podrían actuar como catalizadores y mejorar los desafiantes procesos químicos. Este tipo de comportamiento fue muy sorprendente porque los catalizadores industriales a menudo utilizan metales pesados ​​caros, como el paladio, u otros metales que requieren altas temperaturas para estar activos. A diferencia de, el potasio es un componente de minerales comunes. Es el séptimo elemento más abundante en la corteza terrestre:20 millones de veces más abundante que el paladio y varios órdenes de magnitud menos costoso.

Hasta aquí, Hemos encontrado usos para nuestra tecnología de potasio en una serie de aplicaciones importantes, especialmente en salud y energía. Cuando dejé Caltech en 2016, teníamos un gran número de patentes concedidas y pendientes para esta química y estamos trabajando en muchas más ahora.

Estaba ansioso por comenzar a aplicar estos descubrimientos para abordar problemas globales, así que ese mismo año me asocié con los empresarios Nick Slavin y Nova Spivack y fundé Fuzionaire para comercializar esta tecnología.

Eliminar azufre con potasio

En 2013, prometedor trabajo temprano iniciado por mi amigo y colega en Caltech, Dr. Alexey Fedorov, nos inspiró a considerar el uso de la tecnología del potasio para eliminar el azufre del combustible. Cuatro años después, Alexey y yo junto con un equipo internacional de colaboradores académicos e industriales, publicó un artículo que describe nuestros hallazgos.

El método resultó muy eficaz. En el laboratorio, podríamos reducir la concentración de azufre en una muestra de combustible diesel rico en azufre de 10, 000 partes por millón a dos, superando las ambiciosas normativas internacionales sobre azufre para combustibles de transporte, y hacerlo a bajas temperaturas y presiones.

El año pasado, dos artículos de científicos chinos de múltiples instituciones en Jiangsu, Shandong, y Beijing aplicó nuestro método a base de potasio para eliminar el azufre del carbón crudo extraído en las regiones de Xinyu y Guxian. Sus experimentos con cantidades de carbón del tamaño de un tubo de ensayo tuvieron éxito y en 80 minutos eliminaron más del 60% del azufre.

En este punto, Nuestro método de desulfuración aún no se ha utilizado para refinar grandes cantidades de combustible. por lo que los próximos pasos implican implementar soluciones de ingeniería y ajustar la química para la ampliación.

Mirando hacia el futuro

Aunque es necesario trabajar para mejorar la técnica de desulfuración para que sea adecuada para el refinado a gran escala, estos primeros resultados son alentadores. Casi todas las emisiones de dióxido de azufre en la India provienen del carbón, causando que aproximadamente 33 millones de personas vivan en áreas con una contaminación sustancial de dióxido de azufre. En China, Se cree que las emisiones de dióxido de azufre principalmente de la quema de carbón contribuyen a más de 230, 000 muertes cada año con un costo económico de más de $ 100 mil millones.

En los próximos 20 años, la población mundial aumentará en unos 1.700 millones, principalmente en áreas urbanas de economías en desarrollo. Se espera que esto aumente la demanda de energía en un 25% hasta 2040. Y a pesar del impulso hacia la electrificación y las energías renovables, Se espera que los combustibles fósiles sigan siendo la base del crecimiento económico durante décadas, y es fundamental que se quemen de la forma más limpia posible.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.