El artículo se publica en la revista Environmental Science:Nano. .

El dióxido de carbono en la atmósfera terrestre es un factor clave del cambio climático:la quema de combustibles fósiles representa el 90% de todo el CO₂ emisiones. Las nuevas regulaciones de la EPA introducidas en abril exigen que las plantas de combustibles fósiles reduzcan sus emisiones de gases de efecto invernadero en un 90% para 2039.

Muchos investigadores sostienen que almacenar ese CO₂ Sería un desperdicio cuando se necesita carbono para fabricar muchos productos de los que dependemos a diario, como ropa, perfumes, combustible para aviones, hormigón y plástico. Pero reciclar CO₂ normalmente requiere que se separe de otros gases, un proceso con un precio que puede resultar prohibitivo.

Ahora, nuevos tipos de electrodos, mejorados con una capa de bacterias, pueden saltarse ese paso. Mientras que los electrodos metálicos convencionales reaccionan con azufre, oxígeno y otros componentes del aire y los gases de combustión, las bacterias parecen menos sensibles a ellos.

"Los microbios de estos electrodos, o biocatalizadores, pueden utilizar concentraciones más pequeñas de CO₂ y parecen más robustos en términos de manejo de impurezas en comparación con electrodos que usan catalizadores metálicos", dijo Joshua Jack, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental de la UM y primer autor del artículo en la portada de Environmental Science Nano.

"Las plataformas que utilizan metales parecen ser mucho más sensibles a las impurezas y a menudo necesitan más CO₂ concentraciones para trabajar. Entonces, si quisieras tomar CO₂ directamente de las emisiones de las plantas de energía, el catalizador biótico puede hacerlo con una limpieza mínima de ese gas".

Porque el CO₂ es una de las moléculas más estables, separar el carbono del oxígeno requiere mucha energía, entregada en forma de electricidad. Por ejemplo, los electrodos metálicos eliminan uno de los átomos de oxígeno, lo que produce monóxido de carbono, que puede utilizarse en reacciones posteriores para producir sustancias químicas útiles. Pero otras moléculas también pueden reaccionar con esos electrones.

Los microbios, por el contrario, pueden ser mucho más atacados. No solo trabajan juntos para eliminar el oxígeno, sino que, con la ayuda de los electrones proporcionados por el electrodo, también comienzan a transformar el carbono en moléculas más complejas.

Para evaluar los posibles ahorros de costes derivados del uso de biocatalizadores para omitir el paso de separación de gases, el equipo de Jack analizó datos de estudios anteriores y estableció tasas de eficiencia para convertir diferentes gases residuales que contienen CO₂. . Luego utilizaron esos datos para evaluar la huella de carbono y los costos de producción de varios CO₂ -productos derivados.

Los resultados mostraron que el uso de electricidad renovable, como células solares, con una concentración de CO₂ La fuente, sin separación de gas, permite la huella de carbono más baja y los productos más competitivos en costos.

Pero este escenario ideal sólo es posible para CO₂ especialmente limpio y concentrado. fuentes, como la fermentación en plantas de bioetanol. Separando CO₂ de los gases de combustión en las operaciones de quema de combustibles fósiles puede costar entre 40 y 100 dólares por tonelada de CO₂ . Y para fuentes excepcionalmente diluidas, como el aire normal, el costo puede alcanzar entre 300 y 1.000 dólares por tonelada.

El análisis mostró que al utilizar gases residuales o aire directamente, reciclar CO₂ de fuentes diluidas podría llegar a ser económicamente viable.

"Nuestra esperanza es acelerar la escalabilidad del CO₂ tecnologías de conversión para mitigar el cambio climático y mejorar la circularidad del carbono", dijo Jack. "Queremos descarbonizar rápidamente la energía y ahora incluso la industria química, en un marco de tiempo mucho más rápido".