El dióxido de carbono es el mayor contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero, responsables del calentamiento global y del cambio climático. La captura directa del CO2 en el aire es una de las soluciones propuestas para reducir su concentración en la atmósfera, pero combinar este proceso con su recuperación y transformación en productos de valor agregado es altamente complejo y requiere una interacción finamente equilibrada entre este elemento y los adsorbentes que permiten su captura y conversión en productos de valor añadido.
Un equipo investigador de la Universitat Jaume I de Castellón ha demostrado una nueva metodología que integra la captura directa de CO2 del aire y su conversión eficiente y selectiva en carbonatos cíclicos sin utilizar epóxidos como sustratos (la sustitución de los epóxidos es valiosa desde el punto de vista de la seguridad ya que tienen un potencial explosivo). El sistema emplea sales orgánicas comerciales, de bajo coste y libres de metales. Las moderadas condiciones de reacción empleadas (a temperatura ambiente o hasta 40 grados), así como la variedad de sustratos empleados demuestran la versatilidad de la metodología propuesta.
«El gran problema y la gran dificultad de este método, explica la investigadora Marcileia Zanatta, es que el CO2 del aire está en una concentración muy baja, de aproximadamente 0,04%, y eso ocasiona que la reacción de captura sea muy lenta y la de conversión para transformarlo en otro producto necesite unas condiciones muy drásticas». En el sistema desarrollado en la universidad pública de Castellón «conseguimos capturarlo a una velocidad más rápida de que la que se habla en la literatura científica, que está alrededor de 40 horas, y nosotros lo hemos conseguido en 16 horas», comenta la científica.
El desarrollo de un solo material que combine capacidades catalíticas y de sorción para trabajar simultáneamente tanto en la captura como en la conversión de CO2 es muy atractivo pero complejo. En este caso, se ha demostrado un proceso secuencial, donde en primer lugar se captura el CO2 en forma de bicarbonato y posteriormente se transforma en carbonatos cíclicos. La sencillez y el bajo coste asociado a la captura de CO2, combinadas con la eficacia en la transformación, abren la puerta a una amplia gama de metodologías de captura directa de aire y los procesos de conversión (DACC).
El empleo de sustratos a base de biomasa (más económicos también que los epóxidos), dióxido de carbono procedente directamente del aire y un adsorbente barato y comercialmente disponible, «convierten esta metodología en muy ventajosa y atractiva para desarrollar rutas químicas de sintéticos sostenibles para generar carbonatos cíclicos, comenta el investigador Víctor Sans, lo que representa una aproximación sostenible y de economía circular para la captura y valorización de los gases de efecto invernadero». Sans ha asegurado que «ha sido un desafío científico conseguir capturar y transformar el dióxido de carbono con un sistema único, pero hemos conseguido crear un puente que une ambas cosas».
La producción de carbonatos cíclicos a partir de CO2 es muy interesante desde el punto de vista de la sostenibilidad dado que presenta una eficiencia atómica completa, es decir, se consigue que el producto final incorpore todos los materiales involucrados en el proceso, sin crear subproductos. Los carbonatos cíclicos son productos químicos industriales importantes que tienen diversas aplicaciones: disolventes ecológicos, baterías de iones de litio, pinturas y revestimientos, resinas, precursores de materiales poliméricos y procesado de polímeros en química fina.
El equipo investigador integrado por Marcileia Zanatta y Víctor Sans del Instituto Universitario de Materiales Avanzados y Eduardo García-Verdugo, responsable del Grupo de Química Sostenible y Supramolecular ha publicado un artículo explicativo en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering. El trabajo se encuadra dentro de un proyecto Marie Sklodowska Curie del programa europeo H2020 desarrollado en la Universitat Jaume I de Castellón.
Artículo
Marcileia Zanatta, Eduardo García-Verdugo y Victor Sans. “Direct Air Capture and Integrated Conversion of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates with Basic Organic Salts”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2023, 11, 26, 9613–9619. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00890
