Combustible a partir del aire

in StemSocial13 days ago
Saludos estimados amigos de Hive.

Sabemos que nuestro planeta necesita con urgencia un cambio de modelo energético, necesitamos dejar de consumir combustibles fósiles que lanzan toneladas de CO2 y gases de efecto invernadero al ambiente acelerando el calentamiento global, y aunque se han hecho grandes avances en el desarrollo de vehículos eléctricos y en sistemas de energía de fuentes renovables, aun vehículos como aviones, barcos y camiones de carga pesada necesitan de combustibles fósiles ya que no se han desarrollado sistemas eléctricos que puedan suplir sus requerimientos energéticos y de autonomía.

En este sentido, necesitamos fuentes alternas para producir combustibles basados en hidrocarburos sin tener que añadir mayor cantidad de contaminantes al ambiente, y parece que un grupo de investigadores suizos han realizado un gran avance, diseñando un método que puede producir combustibles a partir del CO2, el agua atmosférica y el sol, así que básicamente la materia prima se encuentra en el aire.

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Se pueden producir combustibles a partir de materia prima que se encuentra en el aire. Fuente: imagen elaborada en powerpoint, contiene imagen de dominio público.

Aunque el transporte con cero emisiones es posible mediante vehículos eléctricos impulsados por baterías recargables, para el transporte marítimo y la aviación es un verdadero reto utilizar este tipo de tecnología por las distancias que deben cubrir sin detenerse, por lo que la solución podría venir de un tipo de combustible menos explorado, los llamados combustibles sintéticos, los cuales se han propuesto como alternativas a la gasolina y al gasóleo.

Estos combustibles sintéticos son hidrocarburos que se producen únicamente a partir de CO2 e hidrogeno por vía termoquímica; la combinación de estos dos compuestos puede producir una cadena de hidrocarburos a partir de la cual se pueden obtener combustibles. Pero, aunque la teoría se conoce desde hace algún tiempo, aun no se han podido construir equipos lo suficientemente eficientes para explotar el proceso de forma industrial.

Pero recientemente me he encontrado con la noticia de que investigadores del laboratorio suizo ETH Zürich han logrado un gran avance, diseñando un método que imita la fotosíntesis, mediante la cual se absorbe CO2 atmosférico, agua y luz solar, convirtiendo esa materia prima en compuestos orgánicos, estos resultados han sido publicados en la revista Nature.

Materia prima a partir del aire

El proceso desarrollado por este equipo de investigadores consiste en tomar CO2 y agua de la atmosfera y almacenarlos para luego ponerlos en contacto con una roca basáltica que absorbe el carbono no deseado; en un siguiente paso, se emplea luz solar concentrada para calentar un material a base de óxido de cerio, el cual, al calentarse a cierta temperatura reacciona con el CO2 y el agua, esta reacción produce CO a partir del CO2 e Hidrogeno a partir del agua, generando oxígeno como único subproducto del proceso, el cual se puede ventilar a la atmosfera sin peligro.

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Esquema general del proceso. Imagen elaborada en Powerpoint.

Luego, la mezcla de CO e hidrogeno denominado gas de síntesis, es utilizada como materia prima para obtener hidrocarburos líquidos, como keroseno o gasolina, mediante un proceso químico conocido como proceso Fischer-Tropsch.

Hasta ahora el prototipo del grupo de investigación del ETH ha logrado producir metanol puro, poniendo en funcionamiento su equipo en el techo del laboratorio, y aunque solo han logrado producir 32 mL de metanol en 7 horas de operación del equipo, algo que resulta muy pequeño si se piensa sustituir el combustible fósil, es una prueba que el sistema funciona y es posible producir un hidrocarburo utilizando materia prima proveniente del aire y luz solar.

Proceso Fischer-Tropsch

En la investigación mostrada, la innovación es el prototipo que separa el CO del CO2 y el H2, ya que el proceso Fischer-Tropsch empleado para luego convertir estos gases en combustible fue patentado en 1925 por Franz Fischer y Hans Tropsch.

Este proceso consiste en la transformación de gas de síntesis (CO2 y H2) en hidrocarburos líquidos de cadena larga, mediante una reacción catalizada por lo general en un reactor de lecho fijo o fluidizado. Obteniendose diferentes productos entre los que se pueden nombrar naftas, olefinas, metanol y gasolinas entre otros.

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Esquema general de un reactor Fischer-Tropsch de lecho fluidizado. Imagen elaborada en powerpoint.

La reacción Fischer-Tropsch se lleva a cabo a condiciones moderadas, con temperaturas entre 200 y 300 °C y presiones de entre 10 y 40 bar, y por lo general los catalizadores utilizados se basan en hierro o cobalto. La reacción de Fischer-Tropsch se puede representar mediante la siguiente expresión:

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Donde, CnH2n+2 representa un producto compuesto principalmente por hidrocarburos parafínicos lineales de longitud de cadena variable.

Condiciones de operación

Por lo general las condiciones del proceso se establecen según la síntesis de hidrocarburos a obtener, hicrocarburos de C1-C15, olefinas y oxigenados se operan en reactores con catalizadores de Fe y a altas temperaturas, mientras que hidrocarburos lineales de cadenas más largas pudiendo emplear catalizadores a base de Fe o Co y temperaturas más bajas, las condiciones de operación de ambos procesos se resumen en la siguiente imagen.

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Los procesos Fischer-Tropsch se pueden clasificar según la temperatura del proceso. Imagen elaborada en Powerpoint.


Como vemos, la combinación de estos procedimientos ha permitido obtener un hidrocarburo que puede ser utilizado como combustible, partiendo de CO2 y agua tomados del aire. Este tipo de enfoque es necesario, ya que la mayoría de las soluciones pensadas pasan por la electrificación del sistema de transporte, pero esta es una solución que puede tardar más de lo que nos gustaría en reemplazar el total de la flota vehicular del mundo, por lo que con un combustible que no se deriva de hidrocarburos fósiles y cuyo balance de carbono es cero podría ser una solución a corto plazo.

Por ahora esperemos que este tipo de procedimiento se desarrolle lo suficiente para hacerlo económicamente viable e industrialmente eficiente para producir combustibles en magnitudes similares a los combustibles fósiles producidos actualmente.


Bueno amigos espero haber compartido información de interés sobre esta interesante forma de obtener hidrocarburos. ¡Hasta la próxima!


Referencias

Schäppi, R., Rutz, D., Dähler, F. (2021). Drop-in Fuels from Sunlight and Air. Nature .

Wikipedia.com. Proceso Fischer-Tropsch..

M. Gupta, James J. Spivey. (2013). Catalytic Processes for the Production of Clean Fuels. New and Future Developments in Catalysis, Pag. 87-126.


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Hola amigos, muchas gracias por el apoyo!

Hola @emiliomoron toda tecnología que esté a favor de reducir el uso de energía no renovable es bienvenida. Interesante su post. Gracias

Saludos @alfonsoalfonsi, así es, el planeta necesita que dejemos nuestra dependencia de los combustibles fósiles, todas las tecnologías que nos ayuden a hacerlo son bienvenidas. Muchas gracias a ti por pasar a leer.