"El resultado de nuestra investigación muestra que estamos cada vez más cerca de producir derivados del petróleo, como plásticos y combustibles, a través de la catálisis", celebra Liane Rossi, profesora del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP) y coordinador del estudio realizado en el ámbito del Centro de Investigación Shell para la Innovación en Gas (RCGI) de la Fapesp.
Recientemente, la investigación fue destacada en dos publicaciones extranjeras. Una de ellas es la revista científica European Journal of Inorganic Chemistry (Eur JIC), que en su número de noviembre pasado dio la portada al artículo Zeolitic-Imidazolate Framework Derived Intermetallic Nickel Zinc Carbide Material as a Selective Catalyst for CO2 to CO Reduction at High Presión, firmado por equipo de investigadores de la USP. Dirigida al público en general y no solo a académicos, la web ChemistryViews también difundió la noticia.
El trabajo publicado es una rama de un estudio anterior, coordinado por Rossi. En la ocasión, los investigadores encontraron que un catalizador de níquel funcionaba mejor después de ser sometido a alta temperatura (800 grados centígrados), en una atmósfera de CO2 e hidrógeno (H2) o metano o propano. “Este proceso proporcionó un excelente catalizador para la reducción de CO2: generó exclusivamente CO, sin rastro del producto menos deseable, que es el metano (CH4)”, destaca Rossi. El resultado fue publicado en el Journal of the American Chemical Society en marzo del año pasado.
Sin embargo, los investigadores no consiguieron probar este mismo catalizador en condiciones de alta presión (entre 20 y 100 bar) para intentar adaptar las condiciones de reacción a las requeridas para la posterior transformación del CO en productos líquidos. “Cuando forzamos las condiciones para presiones más altas, nos dimos cuenta de que además de CO también se producía mucho metano”, comenta Rossi. “Y esto es un problema porque queríamos obtener solo CO: porque es más reactivo, es capaz de formar líquidos con largas cadenas de carbono e hidrógeno y, de esta manera, generar productos de valor agregado. El metano, por otro lado. , no tiene la misma facilidad de transformarse en productos líquidos".
La solución surgió a través de un catalizador a base de níquel, zinc y carbón desarrollado por Nágila Maluf, estudiante de doctorado del IQ-USP e integrante del equipo de investigadores coordinado por Rossi. "Esta combinación cambia la forma en que las moléculas interactúan en la superficie del catalizador, en comparación con el níquel puro", observa Rossi. Los experimentos ocurrieron en dos grupos de investigación del IQ-USP: el Laboratorio de Nanomateriales y Catálisis, coordinado por Rossi, y el Laboratorio de Carbono Sustentable, coordinado por el profesor Pedro Vidinha, coautor del trabajo. El Instituto de Física de la USP en São Carlos y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) en los Estados Unidos también participaron de la fase de prueba.
Según el investigador, los catalizadores son muy utilizados en la industria, pero también se emplean en el día a día para depurar los gases de escape de los automóviles. “Los catalizadores son sustancias que promueven reacciones químicas entre dos o más moléculas. Pueden ser, por ejemplo, enzimas o superficies metálicas, como es el caso de este estudio. Los catalizadores en general tienen la función de acelerar la reacción entre moléculas que no reaccionarían. naturalmente, o que reaccionarían muy lentamente", explica Rossi.
Además, los catalizadores también tienen la función de seleccionar un camino de reacción, es decir, dirigir la reacción para proporcionar el producto deseado. “Las moléculas, al ser sometidas al catalizador a cierta temperatura, se unen a él y pasan por un proceso que implica la ruptura y formación de nuevos enlaces químicos, permitiendo que se formen nuevos compuestos y así salir del catalizador”, informa Rossi. “Las reacciones entre gases también pueden verse beneficiadas por el aumento de presión, como en el experimento que estamos haciendo. Esto se debe a que los procesos ya conocidos para transformar el CO en líquidos, como alcoholes, hidrocarburos u olefinas, se dan en reactores presurizados”.
Según Rossi, el éxito en el paso de transformar CO2 en CO a alta presión es importante precisamente para hacer la integración con pasos posteriores, que utilizarán este producto intermedio (CO) con otros catalizadores para luego generar los productos líquidos. “Cuanto más similares sean las condiciones de operación de las dos etapas, mejor para el proceso, ya que podemos evaluar el uso de dos catalizadores en el mismo reactor. De todos modos, para que este proceso sea viable desde el punto de vista comercial, necesitamos usar alta presión”, apunta Rossi.
El equipo de investigadores ahora se está preparando para continuar con el estudio. “El próximo paso es utilizar dos catalizadores diferentes en el mismo reactor. Uno de ellos es a base de níquel, zinc y carbono; el otro es a base de hierro o cobre”, dice Rossi. Según el investigador, este segundo catalizador debería favorecer la reacción entre las moléculas de CO y H2 para producir alcoholes o hidrocarburos, que son productos de valor añadido. “Esto será posible a través de la síntesis de Fischer-Tropsch, un proceso descubierto en la década de 1920 capaz de producir combustibles sintéticos, pero que nunca despegó para uso industrial, debido a la competencia con productos más baratos obtenidos directamente del petróleo. El calentamiento global y un interés mundial en los procesos para mitigar las emisiones de CO2, la historia puede ser diferente”.
Fuente: TN Petróleo