Una forma más ecológica y sencilla de crear gas de síntesis
Investigadores de UCLA y Rice desarrollan un nuevo método para producir gas industrial vital
Investigadores de UCLA Samueli School of Engineering, Rice University y UC Santa Barbara han desarrollado una forma más fácil y ecológica de crear gas de síntesis.
Un estudio que detalla su trabajo se publica hoy en Nature Energy.
El gas de síntesis (el término es la abreviatura de «gas de síntesis») es una mezcla de monóxido de carbono y gases de hidrógeno. Se utiliza para fabricar amoníaco, metanol, otros productos químicos industriales y combustibles. El proceso más común para crear gas de síntesis es la gasificación de carbón, que utiliza vapor y oxígeno (del aire) a altas temperaturas, un proceso que produce grandes cantidades de dióxido de carbono.
Una forma más respetuosa con el medio ambiente de crear gas de síntesis, llamada reformación seca de metano, implica que reaccionen dos potentes gases de efecto invernadero: metano (por ejemplo, a partir de gas natural) y dióxido de carbono. Pero ese proceso no se usa ampliamente en escalas industriales, en parte porque requiere temperaturas de al menos 1,300 grados Fahrenheit (700 grados Celsius) para iniciar la reacción química.
Durante la última década, los investigadores han tratado de mejorar el proceso de creación de gas de síntesis utilizando varias aleaciones metálicas que podrían catalizar la reacción química requerida a temperaturas más bajas. Pero las pruebas fueron ineficientes o resultaron en que los catalizadores metálicos se cubrieran con coque, un residuo de carbono en su mayoría que se acumula durante el proceso.
En la nueva investigación, los ingenieros encontraron un catalizador más adecuado: cobre con unos pocos átomos del metal precioso rutenio expuesto a la luz visible. Con la forma de una pequeña protuberancia de unos 5 nanómetros de diámetro (un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro) y sobre un soporte de óxido metálico, el nuevo catalizador permite una reacción química que produce gas de síntesis de forma selectiva a partir de los dos gases de efecto invernadero utilizando luz visible para impulsar la reacción, sin requerir ningún aporte adicional de energía térmica.
Además, en principio, el proceso solo requiere luz solar concentrada, lo que también evita la acumulación de coque que plagaba los métodos anteriores.
«El gas de síntesis se utiliza de forma ubicua en la industria química para crear muchos productos químicos y materiales que permiten nuestra vida diaria», dijo Emily Carter, profesora distinguida de ingeniería química y biomolecular de la UCLA, y autora correspondiente del artículo. «Lo emocionante de este nuevo proceso es que ofrece la oportunidad de reaccionar a los gases de efecto invernadero capturados, reduciendo las emisiones de carbono a la atmósfera, mientras crea esta materia prima química crítica utilizando un catalizador económico y energía renovable en forma de luz solar en lugar de usar combustibles fósiles.»
Carter es también vicerrector ejecutivo y rector de la UCLA.
John Mark Martirez, científico asistente del proyecto de la UCLA, realizó el análisis mecánico cuántico de la reacción, mostrando el proceso paso a paso, átomo a átomo de la reacción química que crea los gases.
El primer autor del estudio es Linan Zhou, un investigador postdoctoral en Rice. Otros autores principales incluyen profesores de Rice, Naomi Halas y Peter Nordlander, y de la Universidad de California en Santa Bárbara, dirigida por Phillip Christopher.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea a través del programa de iniciativa de investigación universitaria multidisciplinaria del Departamento de Defensa, y por la Fundación Welch, que apoya la investigación fundamental en química.
