- Un dispositivo de electrólisis que convierte directamente el CO2 en propano fue desarrollado con materiales baratos y fáciles de conseguir, lo que plantea posibilidades para la reducción de gases de efecto invernadero y la fabricación de químicos renovables
- Un sistema catalítico propio basado en metales económicos y compuestos orgánicos produce propano, formado por tres átomos de carbono
- La hasta ahora extremadamente difícil conversión de CO2 en moléculas multicarbonadas se resolvió con experimentos y modelado computacional, aclarando la actividad reactiva y la selectividad del catalizador
- Un diseño de flujo continuo (continuous-flow) permite una producción de propano escalable y sin interrupciones, superando las limitaciones del método por lotes tradicional
- Está alineado con la meta de cero neto para 2050 y representa un avance en la fabricación química sostenible con apoyo de organismos gubernamentales y una empresa global de propano
Descripción general del dispositivo de electrólisis
- Un equipo de investigación del Illinois Institute of Technology (IIT) desarrolló un dispositivo de electrólisis que convierte eficientemente el dióxido de carbono en propano
- Fue implementado usando materiales baratos y fáciles de conseguir
- Los resultados fueron publicados en Nature Energy
- Ofrece un potencial considerable para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y fabricar químicos renovables
- Mohammad Asadi, quien lideró la investigación: "La fabricación de químicos renovables es muy importante y es la mejor forma de cerrar el ciclo del carbono sin perder los químicos que usamos cotidianamente"
Tecnología clave — sistema catalítico
- Un sistema catalítico propio que aprovecha metales económicos y compuestos orgánicos es la clave de esta innovación
- El propano es un combustible de uso amplio compuesto por tres átomos de carbono
- Hasta ahora, convertir CO2 en moléculas multicarbonadas complejas como el propano había sido una tarea extremadamente difícil
- Al combinar experimentos y modelado computacional, el equipo aclaró el principio por el cual el catalizador logra alta actividad de reacción y selectividad hacia el propano
- También identificó los factores clave que afectan el rendimiento y la estabilidad del catalizador
Ventajas del diseño de flujo continuo
- El diseño de electrólisis de flujo continuo (continuous-flow) es una fortaleza principal de esta tecnología
- Permite una producción de propano escalable y sin interrupciones
- Supera las limitaciones de los sistemas convencionales de conversión de CO2 por lotes (batch)
- La implementación de un prototipo a escala de laboratorio demuestra la intención de desarrollar una solución de energía sostenible comercialmente viable
Importancia y colaboración
- Está en línea con los esfuerzos nacionales para alcanzar emisiones netas cero de gases de efecto invernadero para 2050
- Obtuvo reconocimiento y apoyo de organismos gubernamentales, incluido Advanced Research Projects Agency-Energy
- Junto con la empresa global de propano SHV Energy, se impulsa la optimización y expansión de la tecnología
- Keith Simons de SHV Energy: "Es un avance emocionante que abre una nueva ruta de e-fuel para la producción de propano orientada a un propósito para los usuarios de este combustible esencial en todo el mundo"
- Representa un avance importante hacia la fabricación química sostenible y renovable, además de su potencial para reducir las emisiones industriales de carbono
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
El contenido científico real es esta parte: “un sistema catalítico de nanopartículas de Mo3P funcionalizadas con 1-ethyl-3-methylimidazolium y recubiertas con un ionómero de intercambio aniónico produce propano a partir de CO2 en un electrolizador, a −0.8 V frente al electrodo reversible de hidrógeno, con una densidad de corriente de −395 mA cm−2 durante 100 horas y una eficiencia faradaica del 91%”
Muestra una velocidad de reacción, eficiencia y rango de tiempo casi demasiado buenos para creerlos y comercialmente significativos.
Seguramente ya presentaron la patente, así que cuando venza dentro de 20 años, creo que se convertirá en la forma estándar de procesar el CO2 capturado.
Si la tecnología realmente es tan efectiva y el titular de la patente es mínimamente racional en lo económico, es probable que sea el propio titular de la patente quien la impulse como estándar para procesar CO2 capturado mucho antes de que venza la patente.
Las patentes no son un sistema que solo tenga ventajas, pero en este panorama son un factor demasiado grande como para ignorarlo.
El resumen trata sobre métodos y dispositivos para producir gas hidrógeno incorporando catalizadores de tri-transition metal phosphide en los electrodos de celdas de conversión de energía electrocatalítica.
Google Patents escribe “M03P”, pero el resumen en PDF dice “MO3P”, y por el texto queda claro que es “Mo3P”.
Aunque esta patente no sea exactamente la de esta tecnología, la figura suplementaria 20 muestra que el catalizador ImF-Mo3P mejora frente a las “pristine Mo3P nanoparticles”, y los autores tienen varias patentes relacionadas, así que es muy probable que también hayan patentado esta tecnología.
Hoy en día, casi todo el CO2 concentrado proviene del consumo de combustibles fósiles, y si lo conviertes en propano y lo quemas en un barco o en una caldera doméstica, estás usando el carbono dos veces, pero al final igual se libera a la atmósfera.
La clave es la eficiencia total de captura de carbono atmosférico + producción catalítica de propano + combustión del propano.
En procesos donde el calor de combustión sea indispensable, o cuando la portabilidad del propano sea una gran ventaja frente a la electricidad, quizá las cuentas cierren, y también podría servir como medio de almacenamiento eléctrico entre fuentes renovables.
Al final, todo depende de los números.
Por ejemplo, si mi auto quema 100 kWh de GLP, me gustaría saber cuántos kWh de propano podría recuperar de los gases de escape y cuántos kWh de electricidad tendría que meterle.
No queda claro si este método funciona con apenas un poco de CO2 o si necesita una atmósfera de CO2 concentrado sin O2.
Extraer el 0.4% de CO2 del aire es caro.
Si la idea es usar CO2 concentrado de lugares como altos hornos, también está el problema de si hay que usarlo directamente en el sitio, enviarlo por tuberías de larga distancia o embotellarlo.
También me pregunto si existen usos en los que no se pueda reemplazar por electricidad y necesariamente haya que quemar propano.
En Europa hay enormes instalaciones de almacenamiento de gas natural para comprar gas en verano y usarlo para calefacción en invierno.
Hará falta un medio de almacenamiento similar con métodos renovables, y si esos depósitos pudieran llenarse con propano verde, sería impresionante.
Se podría conservar la infraestructura de calefacción existente y aprovechar de maravilla los excedentes de producción solar del verano.
Honestamente, suena demasiado bueno para ser cierto.
Operar grandes buques oceánicos durante todo el trayecto con baterías es casi imposible, pero con GLP, que en la práctica es una mezcla de propano/butano, sí es posible.
Si se desarrolla más química o biotecnología adicional que lo combine en hidrocarburos más grandes, también podría usarse como precursor de combustibles sintéticos para aviación.
Hay muchísimas cosas que hoy usan propano, y es mucho más fácil enviarles propano renovable que reconvertirlas todas a electricidad.
Si fuera eléctrico, necesitaría una conexión de 13k/220 = 60A, tres veces el estándar de cableado doméstico de aquí.
Y es cierto que eso es demasiado bajo para usarlo como fuente de este proceso.
¿Qué pasó con algo similar que Stanford anunció en 2019? https://news.stanford.edu/2019/10/17/new-catalyst-helps-turn-carbon-dioxide-fuel/
El rutenio y el iridio son conocidos como catalizadores estables, pero están entre los elementos más raros.
La estructura de Stanford usaba Ru, mientras que este artículo parece proponer solo materiales abundantes.
Si puede usarse a escala y también se demuestra su estabilidad, sería un avance importante.
Me pregunto si la misma membrana/catalizador podría usarse también en el proceso inverso.
Es decir, oxidar propano con el oxígeno del aire para emitir agua y CO2, generando electricidad directamente en vez de calor y reduciendo mucho las pérdidas.
Si fuera posible, podría tener un gran significado para el almacenamiento de energía.
La densidad energética del propano es de 49.6 MJ/kg, mientras que la de las baterías de ion-litio es de unos 0.8 MJ/kg, una diferencia de más de 50 veces.
Generas electricidad con paneles solares, produces propano o electricidad con este sistema y tienes un tanque grande comercial de propano para días nublados o para varias semanas.
Las reacciones de los electrolizadores por lo general son reversibles.
Si pudieran hacerlo en sentido inverso, es decir, agua + propano → CO2 + hidrógeno + electricidad, con la eficiencia del 91% que afirman, podrían reemplazar por completo a los generadores de turbina de gas, cuya eficiencia máxima suele rondar el 60%.
Si se pudiera resolver el problema de convertir la producción intermitente de energías renovables en propano para almacenarla, ya estaría ganado.
¿Cuál será su eficiencia típica?
4 H2O + 3 CO2 <=> C3H8 + 5 O2El paper real: https://www.nature.com/articles/s41560-023-01314-8
Creo que los medios locales de esta región le van a dar mucha cobertura a esto.
Más del 13% de los autos de pasajeros cercanos son vehículos bifuel que usan gasolina y LPG, en la práctica mayormente propano, y también se les pone LPG a los híbridos.
Aun así, es curioso que todavía haya pocos lugares que permitan a estos vehículos entrar a estacionamientos subterráneos.
Viendo las tarifas eléctricas, no parece que vaya a volverse más barato que los combustibles fósiles, así que no creo que se adopte rápidamente en autos.
Como referencia, hay una startup llamada Terraform Industries que convierte CO2 → metano.
https://terraformindustries.com/
Le pregunté al cofundador qué pensaba de esto.
https://twitter.com/ccorcos/status/1694021803654693342
Me pregunto cómo se comparan entre sí.
Dicen que son “nanopartículas de Mo3P funcionalizadas con 1-ethyl-3-methylimidazolium y recubiertas con un ionómero de intercambio aniónico”; ¿qué tan difícil y caro será producir en masa estos materiales?
El molibdeno no es tan raro ni caro como el platino, así que eso sin duda es una ventaja.