Convertir CO2 en vinagre con un ingenioso catalizador

Los investigadores han creado un catalizador que puede convertir el dióxido de carbono en ácido acético, un aditivo alimentario y químico industrial tremendamente útil.

Los investigadores australianos, estadounidenses y japoneses, que publicaron su investigación en Nature Communications, dicen que su método apunta a una forma escalable de convertir las emisiones de dióxido de carbono en materiales útiles.

Hay una demanda mundial de alrededor de 6,5 millones de toneladas de ácido acético cada año, para fabricar una gama de productos que incluyen productos farmacéuticos, vinilos, textiles y cosméticos.

También es el componente principal del vinagre y, a menudo, se usa como conservante de alimentos.

En la industria alimentaria, el ácido acético se produce principalmente por fermentación, pero en otras industrias se obtiene a partir de combustibles fósiles, lo que libera emisiones de gases de efecto invernadero en el proceso. La producción normalmente también necesita metales preciosos caros como el cobalto, el iridio y el rodio para funcionar.

Ahora, este equipo ha descubierto cómo producir ácido acético a partir de dióxido de carbono e hidrógeno, utilizando hierro (más barato) como catalizador.

El catalizador de hierro también se mantiene sólido durante toda la reacción, lo que significa que el proceso no necesita equipos ni energía adicionales para purificar el ácido acético una vez que se produce.

"En teoría, sabíamos que el hierro debería ser un buen candidato para catalizar esta reacción, pero el desafío es mantenerlo estable en condiciones de agua ácida", dice el autor principal, el profesor asociado Akshat Tanksale, ingeniero químico de la Universidad de Monash.

Hacer ácido acético produce, como era de esperar, ácido disuelto en agua.

"Como se sabe comúnmente, el hierro se oxida en el agua, mientras que queríamos que permaneciera al menos parcialmente en forma metálica", dice Tanksale.

La solución de los investigadores fue utilizar un marco orgánico de metal (MOF): una sustancia hecha de átomos metálicos (en este caso, hierro), unidos con puentes a base de carbono, formando una especie de esponja con agujeros del tamaño de una molécula.

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Luego calentaron el MOF, lo que permitió que algunos de los átomos de hierro se fusionaran y formaran partículas de unos pocos nanómetros de tamaño, incrustadas en una capa porosa de carbono.

El catalizador resultante podría producir ácido acético (CH3COOH) a partir de CO2 e hidrógeno (H2) de manera muy eficiente.

Tanksale dice que su equipo tardó más de un año, con algo de prueba y error, en aterrizar en este catalizador.

"Comenzamos a trabajar en este proyecto al comienzo de la pandemia de COVID-19 en 2020, por lo que mi personal de investigación y mis estudiantes no podían estar en el laboratorio todos los días y tenían que trabajar solos en turnos rotativos", dice.

"Nos tomó otros 18 meses proporcionar evidencia definitiva de cómo funciona este catalizador a nivel molecular, mientras tuvimos que lidiar con una serie de períodos de bloqueo en Melbourne".

El catalizador es más económico que los que se utilizan actualmente y los investigadores están trabajando para comercializarlo.

El cuello de botella, dice Tanksale, no es el catalizador en sí, sino las materias primas: CO2 e hidrógeno.

"Si bien están fácilmente disponibles en la actualidad, su costo es significativamente mayor si se deriva de fuentes ecológicas", dice.

"Para cosechar los verdaderos beneficios de nuestra tecnología, es decir, para lograr emisiones de carbono negativas, el dióxido de carbono debe capturarse del aire y el hidrógeno debe fabricarse a partir del agua utilizando energía renovable (hidrógeno verde).

"Estas tecnologías habilitadoras aún no han alcanzado todo su potencial comercial".

Publicado originalmente por Cosmos como Tomar dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en vinagre.

Ellen Phiddian es periodista científica en Cosmos. Tiene una licenciatura (con honores) en química y comunicación científica y una maestría en comunicación científica, ambas de la Universidad Nacional de Australia.

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