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Juan M.Gienini

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Una manera “Cool” de reducir la huella de carbono

Fecha: 16 de enero de 2021
Origen: Copper-Indium Oxide: A Faster and Cooler Way to Reduce Our Carbon Footprint – Waseda University
traducido por: gienini

 Con el cambio climático en constante empeoramiento, existe una necesidad creciente de tecnologías que puedan capturar CO2 (dióxido de carbono) atmosférico o en el mismo punto de emisión y reducir nuestra "huella de carbono". En el ámbito de las energías renovables, los combustibles electrónicos basados en CO2 han surgido como una tecnología prometedora que intenta convertir ese CO2 en combustibles limpios. El proceso implica la producción de gas sintético o gas de síntesis, una mezcla de H2 (hidrógeno) y CO (monóxido de carbono).
 Aunque prometedora en su eficiencia de conversión, la reacción original RWGS (Reverse Water-Gas Shift) requería de temperaturas muy altas (> 700 °C) y generaba subproductos no deseados.
 Para abordar estos problemas, los científicos de la Universidad de Waseda y de ENEOS Corporation de Japón desarrollaron una versión mejorada del bucle RWGS que convierte el CO2 en CO en un método de dos pasos. En el primer paso el H2 reduce un óxido metálico atrapando el oxígeno produciendo H2O (agua) para posteriormente ser re-oxidado por el CO2, produciendo CO (re-atrapando el oxígeno en el óxido que en definitiva se comporta como el catalizador de esas reacciones). Una versión en bucle de la reacción RWGS (RWGS-CL: RWGS-Cicle) simplificaría la separación de gases y sería factible a temperaturas más bajas dependiendo del óxido elegido. El estudio se enfocaba en encontrar los catalizadores que exhibieran altas tasas de oxidación-reducción sin requerir de tan altas temperaturas y sin subproductos indeseables.

Una versión de bucle RWGS-CL (Reverse Water-Gas Shift Cicle)

 En el estudio publicado en Chemical Science se revela que un nuevo óxido de indio modificado con cobre (Cu-In2O3) permite una alta tasa de conversión de CO2 a temperaturas de 400 a 500 °C sin esos subproductos indeseables y permitiendo una separación simple de esos gases.
 Los científicos llevaron a cabo análisis basados en rayos X y encontraron que la muestra que inicialmente contenía Cu2In2O5, primero se redujo con hidrógeno formando una aleación de Cu-In (Cobre e Indio) y In2O3 (óxido de Indio) y luego fue “oxidada” por CO2 produciendo Cu-In2O3 y CO.
 "Las mediciones de rayos X dejaron en claro que la reacción RWGS en bucle se basa en la reducción y oxidación del Indio, lo que conduce a la formación y oxidación de la aleación de Cu-In" explicó el profesor Yasushi Sekine de la Universidad de Waseda que dirigió el estudio.

Esquema del ciclo RWGS de captura de CO2 (con H2 como reductor / comburente) produciendo combustibles y cadenas de hidro-carburos (Metano, Etileno)

 Las investigaciones cinéticas proporcionaron más información sobre la reacción. El paso de reducción reveló que el Cu era el responsable de la reducción del In2O3 a bajas temperaturas, mientras que el paso de oxidación mostró que la superficie de la aleación Cu-In conservaba un estado muy reducido mientras que el resto de su volumen se oxidaba. Esto permitió que la oxidación ocurriera dos veces más rápido que la de otros óxidos. El equipo atribuyó este peculiar comportamiento de oxidación a una rápida migración de iones de Oxígeno cargados negativamente desde la superficie de la aleación Cu-In al resto del volumen, lo que ayudó a la oxidación de ese cuerpo (como reservorio de Oxígeno).
 Como era de esperar, los resultados entusiasmaron a los científicos sobre las perspectivas futuras de los óxidos de Cobre e Indio. “Dada la situación actual con las emisiones de carbono y el calentamiento global es deseable un proceso de conversión de alto rendimiento de dióxido de Carbono. Aunque la reacción RWGS en bucle funciona bien con muchos materiales de óxido, la nueva solución con óxido de Cu-In demuestra un rendimiento notablemente más alto. Esperamos que esto contribuya de manera significativa a reducir nuestra huella de carbono y a impulsar a la humanidad hacia un futuro más sostenible” concluye Sekine.

Nota: Aunque es una manera relativamente eficiente de re-sintetizar hidrocarburos no deja de ser un proceso endoenergético inverso a la combustión (exoenergético y de mayor eficiencia). Podría ser de utilidad en sistemas cerrados con abundancia de energía y escasez de combustibles o compuestos bioquímicos primarios (¿una base lunar o marciana?)

Referencias:
Fast oxygen ion migration in Cu–In–oxide bulk and its utilization for effective CO2 conversion at lower temperature por: Jun-Ichiro Makiura, Takuma Higo, Yutaro Kurosawa, Kota Murakami, Shuhei Ogo, Hideaki Tsuneki, Yasushi Hashimoto, Yasushi Sato y Yasushi Sekine
Chemical Science
Low-temperature Conversion of Carbon Dioxide to Methane in an Electric Field | Chemistry Letters (csj.jp)

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