AIMPLAS

Cambio climático, gases de efecto invernadero, calentamiento global… son algunos de los términos a los que estamos cada vez más expuestos a través de noticias, entrevistas y artículos. Las causas y consecuencias de todos ellos sobre la salud, la biodiversidad y el medio ambiente son ya innegables y así lo demuestra la urgencia a la hora de tomar medidas que contribuyan a alcanzar una economía descarbonizada para 2050.

Durante los últimos años, se han realizado grandes esfuerzos para lograr este objetivo a través de la implantación de energías renovables, la electrificación de sectores como la automoción, el impulso de la utilización de hidrógeno como fuente de energía o la sustitución de materias primas fósiles por biomasa. Estas y muchas otras medidas pretenden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente el dióxido de carbono (CO2), para mitigar el cambio climático. No obstante, resulta idílico hoy en día pensar en una industria donde se produzcan cero emisiones de CO2.

Teniendo esto en cuenta, desde hace varios años el foco de la investigación se ha centrado, no solo en la optimización de los procesos industriales para disminuir el CO2 generado, sino en cómo capturar este CO2 inevitablemente producido para, posteriormente transformarlo en un compuesto útil otorgándole una segunda vida.

CO2 Oliver (4)
SOSCO2

El proyecto SOSCO2 desarrollado por AIMPLAS, Instituto Tecnológico del Plástico, surge para abordar los retos a los que se enfrentan los procesos emergentes de captura y utilización de CO2 y poder dar una solución útil, rentable y sostenible que minimice el impacto de la economía en el medio ambiente y, además, permita ofrecer una oportunidad a esta molécula.

Para ello, SOSCO2 se centra en dos líneas de investigación: la separación selectiva de CO2 mediante membranas poliméricas y la valorización del CO2 obtenido mediante métodos termoquímicos y electroquímicos para obtener compuestos de interés comercial. El proyecto se lleva a cabo con el objetivo de aportar soluciones sostenibles y aplicables a diferentes sectores industriales y cuenta con el apoyo de las empresas Ercros, LafargeHolcim, Laurentia Technologies, Quimacova, Torrecid y UBE.

Normalmente, en un proceso industrial como, por ejemplo, la quema de combustibles fósiles para producir energía se genera y se emite mayoritariamente CO2 junto con otros gases. Para poder transformar el CO2 en otro compuesto de interés industrial, en primer lugar, habría que separarlo selectivamente del resto de gases e impurezas del efluente.

Esta separación se lleva a cabo comercialmente mediante el uso de absorbentes líquidos, concretamente aminas, sobre los cuales el CO2 queda retenido. Para liberar de nuevo el CO2, ahora ya puro, es necesario aplicar una gran cantidad de energía sobre los absorbedores, siendo esta la gran desventaja de este tipo de tecnología de captura.

Una alternativa que aborda el proyecto SOSCO2 en colaboración con EURECAT (Centro Tecnológico de Cataluña) es la utilización de membranas poliméricas. Estas actúan como filtros que permiten el paso selectivo de una molécula en concreto, reteniendo el resto. Esta tecnología presenta ventajas atractivas como la alta selectividad, la simplicidad en el diseño, la elevada eficiencia energética y su compatibilidad ambiental. Concretamente, SOSCO2 se centra en la preparación de las membranas a partir de diferentes polímeros orgánicos y en el estudio de su estabilidad y eficacia a la hora de separar selectivamente el CO2 en condiciones similares a las halladas en las emisiones industriales de gases.

El CO2 capturado se puede valorizar mediante trasformaciones químicas que den lugar a nuevos compuestos de mayor valor añadido. Estas transformaciones no siempre resultan sencillas, debido principalmente a la elevada estabilidad de la molécula de dióxido de carbono. Esto se traduce en la necesidad de aplicar condiciones extremas de presión y temperatura que permitan “romper” esa estabilidad.

Una herramienta para lograr la activación de la molécula de CO2 y facilitar su transformación es la catálisis. Los catalizadores disminuyen la estabilidad de las moléculas, reduciendo así la necesidad de utilizar temperatura y presiones elevadas y, consecuentemente, disminuyendo el requerimiento energético y logrando procesos más sostenibles. En SOSCO2 se estudian diversos procesos catalíticos cuyo objetivo es la valorización de CO2 en compuestos de elevado valor económico para la industria.

Por una parte, se lleva a cabo la transformación del CO2 en unas moléculas llamadas carbonatos. Los carbonatos son los precursores de los policarbonatos, un tipo de polímero que, en función de su estructura química, presenta propiedades muy diversas, siendo un material muy versátil para distintas aplicaciones que varían desde el sector de embalaje, cerámica o la formulación de espumas hasta la automoción, electrónica o incluso la construcción.

Actualmente, los policarbonatos se obtienen principalmente a partir de fosgeno, un compuesto altamente tóxico y corrosivo, y bisfenol A, un disruptor endocrino. De ahí la apremiante necesidad de buscar alternativas sintéticas a este tipo de polímeros. Por ello, SOSCO2 está trabajando en el desarrollo de rutas de síntesis en las que se obtengan policarbonatos de forma más sostenible e inocua para la salud a partir de compuestos de origen natural y CO2.

Otra de las moléculas diana en el proyecto SOSCO2 es el etileno. Este compuesto es la materia prima de varios procesos químicos y la unidad básica del polímero llamado polietileno, uno de los plásticos más producidos y utilizados a nivel mundial debido a sus múltiples aplicaciones como envases, bolsas, films, tuberías, recubrimientos, contenedores, etc. Tradicionalmente, el etileno se produce mediante craqueo de etano a temperaturas entre 750 y 950 °C. El proyecto SOSCO2 estudia dos metodologías alternativas de obtención de etileno a partir de CO2.

La primera de estas metodologías se lleva a cabo en colaboración con los grupos del profesor José M. López Nieto, del Instituto de Investigación Química – ITQ (UPV-CSIC) y el profesor Benjamín E. Solsona Espriu, de la Universidad de Valencia. Esta consiste en la utilización de CO2 como oxidante y etano para la obtención del etileno mediante un proceso conocido como deshidrogenación oxidativa de etano, donde, gracias a la aplicación de los catalizadores, se pueden lograr condiciones de presión y temperatura más suaves de que las empleadas actualmente en la industria, con un consiguiente menor gasto energético.

Asimismo, el proyecto estudia la transformación de CO2 a etileno mediante una reacción electroquímica en colaboración con IREC (Institut de Recerca de l’Energia de Catalunya). En este proceso el etileno se forma a partir de dos moléculas de CO2, sin necesidad de utilizar etano, con ayuda de un catalizador y energía eléctrica. Esta transformación presenta, por tanto, dos ventajas fundamentales: requiere energía eléctrica que puede proceder de energías renovables como la solar o eólica y se prescinde de la necesidad de recurrir a un derivado del petróleo, el etano, para producir etileno, utilizando el gas de efecto invernadero, CO2, como materia prima.

En resumen, el proyecto SOSCO2 nace de la necesidad de ofrecer soluciones sostenibles a la urgencia climática que permitan capturar el dióxido de carbono emitido por la industria y transformar este residuo en nuevos compuestos con elevada demanda comercial de forma sostenible y rentable gracias a herramientas como las membranas poliméricas, la catálisis y la electroquímica.

El proyecto SOSCO2 cuenta con la financiación de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana a través de ayudas del IVACE con la cofinanciación de los fondos FEDER de la UE, dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2014-2020. Estas ayudas están dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el desarrollo de proyectos de I+D de carácter no económico realizados en cooperación con empresas para el ejercicio 2021.

Fuente: Dr. Alicia Monleón Ventura. Investigadora en descarbonización. AIMPLAS



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