Conversión directa de dióxido de carbono en un combustible sólido

Existe un gran interés por encontrar formas de extraer el dióxido de carbono del aire o de los gases de escape de centrales eléctricas térmicas y otros grandes emisores y convertirlo en algo útil. Una de las ideas más prometedoras es convertirlo en un combustible estable que pueda sustituir a los combustibles fósiles en algunas aplicaciones. Pero la mayoría de estos procesos de conversión han tenido problemas de baja eficiencia, o producen combustibles difíciles de manejar, peligrosamente tóxicos o demasiado inflamables.

Ahora, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad Harvard, ambas instituciones en Estados Unidos, han desarrollado un proceso eficiente que puede convertir el dióxido de carbono en formiato, un material sólido (también manejable en forma líquida) que puede emplearse como el hidrógeno o el metanol para alimentar una célula (celda) de combustible y generar electricidad.

El formiato de sodio o potasio, que ya se produce a escala industrial y se utiliza habitualmente como anticongelante de carreteras y aceras, no es tóxico ni inflamable, es fácil de almacenar y de transportar, y puede permanecer estable en depósitos de acero ordinarios para ser utilizado meses, o incluso años, después de su producción.

El nuevo proceso lo ha desarrollado un equipo integrado, entre otros, por Zhen Zhang y Ju Li del MIT, así como Dawei Xi de la Universidad Harvard.

El proceso entero (que incluye la captura y conversión electroquímica del gas en un polvo sólido de formiato, que luego se utiliza en una célula de combustible para producir electricidad) ya se ha demostrado a pequeña escala, en el laboratorio. Ahora falta adaptarlo para su funcionamiento a una escala mayor, de modo que pueda proporcionar calor y electricidad sin emisiones a los hogares e incluso utilizarse en aplicaciones industriales o en la red eléctrica.

Otros enfoques para convertir el dióxido de carbono en combustible suelen implicar un proceso en dos etapas: Primero, el gas se captura químicamente y se convierte en una forma sólida como el carbonato cálcico. Después, ese material se calienta para expulsar el dióxido de carbono y convertirlo en una materia prima combustible como el monóxido de carbono. Ese segundo paso tiene una eficacia muy baja, ya que suele convertir menos del 20% del dióxido de carbono gaseoso en el producto deseado.

En cambio, el nuevo proceso logra una conversión muy superior al 90% y elimina la necesidad de la ineficiente etapa de calentamiento al convertir primero el dióxido de carbono en una forma intermedia, esencialmente bicarbonato líquido. Ese líquido se convierte entonces electroquímicamente en formiato de sodio o potasio líquido mediante una máquina alimentable con energía solar o eólica. De la forma líquida se puede pasar la sólida mediante el secado, por ejemplo valiéndose de la evaporación. La forma sólida es un polvo muy estable que puede almacenarse en depósitos de acero ordinarios durante años o incluso décadas.

Esquema conceptual del proceso. Arriba, se muestra una vivienda energizada mediante célula de combustible de formiato. El combustible de formiato se almacena en un tanque subterráneo. En el medio, aparece la célula de combustible que aprovecha el formiato para suministrar electricidad. Abajo a la derecha, se muestra el aparato que convierte el bicarbonato en formiato. (Imagen: Shuhan Miao, Harvard Graduate School of Design. CC BY-NC-ND 3.0)

Zhang y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo proceso en la revista académica Cell Reports Physical Science, bajo el título “A carbon-efficient bicarbonate electrolyzer”. (Fuente: NCYT de Amazings)