Metanación de CO2, alternativa verde para reducción de contaminación

MORELIA, Mich., 15 de abril de 2024.- Debido a la creciente urbanización e industrialización que hemos experimentado desde mediados del siglo XIX, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre ha aumentado exponencialmente, el cual se considera el principal gas causante del efecto invernadero en nuestro planeta. Esto se debe a que el consumo actual de energía es mucho mayor que en años anteriores, cuando la energía se deriva principalmente de combustibles fósiles, que representan más del 40% de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Estas emisiones tienen provienen de diferentes sectores como energía, transporte, industria, combustible, electricidad y agricultura teniendo un impacto negativo en el medio ambiente.

 El aumento de la concentración de dióxido de carbono ha creado dos problemas principales: 1) la acidificación de los océanos, que afecta negativamente a los ecosistemas acuáticos; 2) El aumento de la temperatura de la Tierra, lo que provoca diversos desastres naturales, entre los que se encuentran sequías, inundaciones, huracanes.

¿Cuáles son las alternativas para disminuir las emisiones de CO₂?

Para subsanar la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera existen dos alternativas que se deben aplicar en conjunto: 1) reducción de las emisiones de dióxido de carbono mediante la mejora de los procesos de combustión 2) captura y almacenamiento de dióxido de carbono y su uso.

La segunda opción tiene margen de mejora y es la más prometedora. Además de mejorar el proceso de combustión, primero debemos centrarnos en capturar y almacenar dióxido de carbono. La mayoría de las tecnologías actualmente en uso se basan en el uso de soluciones de aminas para la adsorción de CO₂, sin embargo, se están investigando diferentes materiales que capturen el CO₂ como lo son algunas membranas poliméricas.

Una vez capturado el CO₂ el proceso inmediato seria su almacenamiento, eliminación o su utilización, si este gas se requiere almacenar existen diferentes alternativas para hacerlo como lo son él envió mediante diferentes tuberías y almacenarse bajo tierra, en yacimientos de petróleo y gas agotados, formaciones acuíferas salinas profundas y filones de carbón profundos no explotables que están ampliamente distribuidos por todo el planeta en todas las cuencas sedimentarias y suelen encontrarse a varios kilómetros por debajo de la superficie terrestre.

Este gas de efecto invernadero se puede utilizar directamente, por ejemplo, en refrescos, agentes espumantes, extintores y propulsores. También hay varias aplicaciones indirectas. El propósito de las aplicaciones indirectas es cerrar el ciclo de las emisiones de CO₂ producidas por el hombre, en donde con este CO₂ se obtendrán sustancias químicas útiles que tenderán en transformarse en CO₂ nuevamente, el cual puede capturarse y transformarse en sustancias químicas evitando la emisión de más CO₂ a la atmosfera.

¿Metanación de CO₂?

Actualmente, hay un aumento en los proyectos para la producción de electricidad a partir de fuentes renovables, pero esta energía no se puede almacenar en la red eléctrica, por lo que en un futuro próximo se producirá “hidrógeno verde” a través de la electrolisis del agua como una opción para almacenar esta energía, que a su vez traerá consigo un exceso de hidrógeno. Como se mencionó anteriormente, este hidrógeno se puede utilizar para la producción de diversos productos químicos, como por ejemplo metano, metanol, etanol y ácido fórmico y carbonato de dimetilo.

Otra de las opciones para almacenar dicha energía proveniente de fuentes renovables es la producción de gas metano a partir de emisiones de CO₂, de esta manera podríamos conectar exitosamente la producción de energía eléctrica preferentemente de fuentes renovables y la infraestructura de gas metano existente que podría utilizarse para almacenamiento de energía y utilizarse cuando se requiera energía eléctrica o utilizarse en otras aplicaciones como en la industria o en el hogar para producir calor.

Para transformar el CO₂ en gas metano es necesario el diseño de un catalizador debido a las limitantes termodinámicas de la reacción, dichos catalizadores deben de tener actividad adecuada para alcanzar conversiones cercanas al equilibrio a temperaturas relativamente bajas (<300°C). Diferentes metales nobles y no-nobles han sido utilizados para esta reacción (Pt, Rh, Ru, Ni, Pd) soportados sobre diferentes óxidos metálicos obteniendo muy satisfactorios resultados. Sin embargo, aún existen retos entre los que se encuentran una mejor actividad y selectividad del catalizador y evitar su desactivación, es por ello que en los últimos años numerosos científicos de todo el mundo trabajan con diferentes proyectos para encontrar materiales adecuados para esta reacción y en donde observan con diferentes técnicas los mecanismos de reacción para de esta manera llegar al diseño de un catalizador adecuado, actualmente se está desarrollando un proyecto de investigación sobre este tema en la UMSNH en conjunto con CNyN-UNAM e IRCELYON apoyado por el programa ECOS NORD CONAHCYT-ANUIES-ECOS NORD Francia México. 

Fuentes:

• Saravanan, A., Vo, D. V. N., Jeevanantham, S., Bhuvaneswari, V., Narayanan, V. A., Yaashikaa, P. R., Swetha, S., & Reshma, B. (2021). A comprehensive review on different approaches for CO₂ utilization and conversion pathways. Chemical Engineering Science, 236, 116515. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116515.
• Inventario Nacional de Emisiones de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero. (2021). Recuperado de: https://datos.gob.mx/busca/dataset/inventario-nacional-de-emisiones-de-gases-y-compuestos-de-efecto-invernadero-inegycei.
• Valluri, S., Claremboux, V., & Kawatra, S. (2022). Opportunities and challenges in CO₂ utilization. Journal of Environmental Sciences, 113, 322–344. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.05.043.
• Mebrahtu, C., Krebs, F., Abate, S., Perathoner, S., Centi, G., & Palkovits, R. (2019). CO₂ Methanation: Principles and Challenges. Horizons in Sustainable Industrial Chemistry and Catalysis, 85–103. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-444-64127-4.00005-7.

Autores:

Fernando Ayala Flores

Estudiante del quinto semestre del Doctorado en Ciencias en Ingeniería Química

División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química.

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

[email protected]

Rafael Huirache Acuña

Profesor e Investigador

División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

[email protected]