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Ingenieros de la Universidad de Cincinnati están desarrollando nuevas formas de convertir los gases de efecto invernadero en combustible para hacer frente al cambio climático y llevar a los astronautas a casa desde Marte.
El profesor adjunto de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UC, Jingjie Wu, y sus estudiantes utilizaron un catalizador de carbono en un reactor para convertir el dióxido de carbono en metano. Conocida como la "reacción de Sabatier", por el fallecido químico francés Paul Sabatier, es un proceso que la Estación Espacial Internacional utiliza para depurar el dióxido de carbono del aire que respiran los astronautas y generar combustible para cohetes para mantener la estación en órbita.
Pero Wu está pensando en algo mucho más grande.
La atmósfera marciana está compuesta casi en su totalidad por dióxido de carbono. Los astronautas podrían ahorrar la mitad del combustible que necesitan para el viaje de vuelta a casa fabricando lo que necesitan en el planeta rojo una vez que lleguen, dijo Wu.
"Es como una gasolinera en Marte. Se podría bombear fácilmente dióxido de carbono a través de este reactor y producir metano para un cohete", dijo Wu.
El estudio de la UC se publicó en la revista Nature Communications con colaboradores de la Universidad de Rice, la Universidad de Shanghai y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental.
Wu comenzó su carrera en ingeniería química estudiando las pilas de combustible para vehículos eléctricos, pero empezó a estudiar la conversión de dióxido de carbono en su laboratorio de ingeniería química hace unos 10 años.
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| Un reactor experimental utiliza puntos cuánticos de grafeno como catalizador para convertir el dióxido de carbono en metano. Crédito: Andrew Higley/UC Creative |
"Me di cuenta de que los gases de efecto invernadero iban a ser un gran problema en la sociedad", dijo Wu. "Muchos países se dieron cuenta de que el dióxido de carbono es un gran problema para el desarrollo sostenible de nuestra sociedad. Por eso creo que tenemos que conseguir la neutralidad del carbono".
La Administración Biden se ha fijado el objetivo de lograr una reducción del 50% de los gases contaminantes de efecto invernadero para 2030 y una economía que dependa de las energías renovables para 2050.
"Eso significa que tendremos que reciclar el dióxido de carbono", dijo Wu.
Wu y sus estudiantes, entre los que se encuentra el autor principal y doctorando de la UC, Tianyu Zhang, están experimentando con diferentes catalizadores, como los puntos cuánticos de grafeno -capas de carbono de apenas unos nanómetros-, que pueden aumentar el rendimiento del metano.
Según Wu, el proceso es prometedor para ayudar a mitigar el cambio climático. Pero también tiene una gran ventaja comercial al producir combustible como subproducto.
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| El profesor adjunto de ingeniería química de la UC Jingjie Wu, a la izquierda, y el estudiante de doctorado Tianyu Zhang están experimentando con diferentes catalizadores para convertir el dióxido de carbono en combustible almacenable para hacer frente al cambio climático. Crédito: Andrew Higley/UC Creative |
"El proceso es 100 veces más productivo que hace sólo 10 años. Así que se puede imaginar que el progreso será cada vez más rápido", dijo Wu. "En los próximos 10 años, tendremos muchas empresas emergentes que comercializarán esta técnica".
Los estudiantes de Wu están utilizando diferentes catalizadores para producir no sólo metano, sino también etileno. El etileno, llamado el producto químico más importante del mundo, se utiliza en la fabricación de plásticos, caucho, ropa sintética y otros productos.
"La energía verde será muy importante. En el futuro, representará un mercado enorme. Por eso quise trabajar en ella", dijo Zhang.
La síntesis de combustible a partir de dióxido de carbono es aún más viable desde el punto de vista comercial si se combina con energías renovables, como la solar o la eólica, explicó Wu.
"Ahora mismo tenemos un exceso de energía verde que simplemente tiramos. Podemos almacenar este exceso de energía renovable en productos químicos", dijo.
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| El ingeniero químico de la UC Jingjie Wu está experimentando con diferentes catalizadores para convertir el dióxido de carbono en combustibles como el metano para hacer frente al cambio climático. Crédito: Andrew Higley/UC Creative |
El proceso es escalable para su uso en centrales eléctricas que pueden generar toneladas de dióxido de carbono. Y es eficiente, ya que la conversión puede tener lugar justo donde se produce el exceso de dióxido de carbono.
Wu dijo que los avances en la producción de combustible a partir del dióxido de carbono le hacen confiar en que los humanos pisarán Marte en su vida.
"Ahora mismo, si quieres volver de Marte, tendrías que llevar el doble de combustible, que es muy pesado", dijo. "Y en el futuro, necesitarás otros combustibles. Así que podemos producir metanol a partir del dióxido de carbono y utilizarlo para producir otros materiales derivados. Entonces, quizá algún día podamos vivir en Marte".
Fuentes, créditos y referencias:
Tianyu Zhang et al, Regulation of functional groups on graphene quantum dots directs selective CO2 to CH4 conversion, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25640-1
Imagen: Tianyu Zhang, estudiante de ingeniería química de la Universidad de Cincinnati, sostiene un vial de grafeno utilizado como catalizador para convertir el dióxido de carbono en metano. Crédito: Andrew Higley/UC Creative