Pais: Brasil

Fecha: 15 de Mayo del 2023

En busca de nuevos catalizadores  por UNICAMP, Brasil

Una curiosa contradicción pone a Brasil – en el centro de las discusiones sobre medio ambiente : si bien el ) es de los países que más emite gases causantes 2 del efecto invernadero uno contribuyendo con el 3% de las emisiones globales de dióxido de carbono (CO – , su abundancia de contiene un enorme potencial para la generación de la llamada energía “verde”. Reemplazar la matriz energética actual, basada en combustibles fósiles , fuentes renovables como el sol el agua , con el uso de y el viento es fundamental para mitigar los efectos del cambio climático , permitiendo al país cumplir con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos por la Naciones Unidas (ONU). Instituto de Química (IQ) Consciente de la relevancia de este desafío, Raphael Nagao, docente del la Unicamp e integrante del de Centro de Innovaciones en Nuevas Energías (Cine) de la Universidad , desarrolla varios proyectos relacionados con la producción de energía sostenible a través de la electrosíntesis - el uso de la electricidad para generar reacciones químicas .

El foco de la línea de investigación de Nagao es la búsqueda de nuevos catalizadores, materiales responsables de aumentar la velocidad de las reacciones y dotarlas de selectividad. A lo largo del proceso, el compuesto original se ramifica en varias moléculas hasta llegar al producto final. Por tanto, la selectividad juega un papel fundamental en la obtención del producto de interés. Dentro de Cine, Nagao trabaja en la División de Portadores de Energía Densa (DEC), enfocada en desarrollar procesos y catalizadores de bajo costo , con aplicación en reacciones fotoelectroquímicas, es decir, la conversión de la luz solar en electricidad. El objetivo de DEC es utilizar la energía solar para producir moléculas de alta energía, que luego se convierten en energía eléctrica para reemplazar los combustibles fósiles . El profesor investiga catalizadores que ayuden en reacciones electroquímicas para la generación de energía limpia.

“La naturaleza encontró una forma muy eficiente de almacenar energía, la fotosíntesis que utiliza el dióxido de carbono del aire y la luz solar , , convirtiéndolos en energética moléculas más complejas, como los carbohidratos (glucosa), que tienen una alta densidad ”, explica Nagao. “Esto significa que es posible quemarlos, cuando sea necesario, para aprovechar esta energía química almacenada . Nuestra división hace . algo similar Utiliza que fuentes sostenibles de energía para producir reacciones que generan moléculas químicas densas en energía, , a través de otras reacciones, generan electrones alimentan dispositivos colgantes y estas eléctricos ”.

Una de las reacciones con las que trabaja Nagao es la producción de hidrógeno verde para ser utilizado como combustible. A través de una reacción llamada del agua división , una celda electroquímica convierte la molécula de H 2 O en oxígeno (O 2 )   e   hidrógeno   (H 2 ).   Este hidrógeno, que es una molécula con una alta densidad energética, genera la electricidad impulsa el vehículo y se convierte posteriormente de nuevo en agua en lugar de de carbono que dióxido , que se libera al aire.

reducción electroquímica

Además de investigar sobre la generación de hidrógeno verde, Nagao también busca catalizadores reacciones de reducción electroquímica , las que en para dos las moléculas se transforman en nuevos compuestos mediante una reacción en la que ganan electrones. Es un enfoque que ha mostrado resultados prometedores.

En la década de 1980, investigadores japoneses desarrollaron el proceso de reducción de dióxido de carbono, en el que recoge el exceso de CO 2 liberado al aire para convertirlo se en moléculas con mayor valor añadido, como el etileno y el gas de síntesis (gas de síntesis). El primero es un hidrocarburo utilizado en la fabricación de plásticos, mientras que el otro es una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno que puede utilizarse como materia prima para combustibles líquidos.

La otra reacción involucra la generación de amoníaco, una molécula esencial en la fabricación de fertilizantes y que también tiene potencial para su uso en combustibles. Existen métodos convencionales para su producción, pero liberan dióxido de carbono a la atmósfera y exigen presiones y temperaturas muy altas . La reducción electroquímica de nitrógeno, sin embargo, es un proceso realizado limpiamente a temperatura y presión ambiente. La reacción se puede realizar con el nitrógeno que compone el aire atmosférico o utilizando iones de nitrato, que son contaminantes de los lagos, emitidos en procesos industriales .

El problema es que la reducción de la síntesis de nitrógeno a amoníaco es un proceso muy difícil y que consume mucha energía . Para que os hagáis una idea, por lo general se produce un 10% de amoníaco de la energía total aplicada en el proceso, es decir, las eficiencias que se obtienen rondan % el 10 . Además , Nagao agrega que es necesario que haya estabilidad, es decir, que la reacción dure varios días. “Aún no hemos encontrado catalizadores que cumplan los aspectos de selectividad, eficiencia y estabilidad con alto rendimiento simultáneamente. Siempre pensamos en estos tres aspectos con el catalizador en que tengamos mente , lo cual es muy difícil de lograr al mismo tiempo”, observa.

Actualmente, ya existen algunas empresas que producen vehículos de hidrógeno o que queman amoníaco para mover tractores y barcos. embargo , debido a la este sigue siendo un proceso costoso que está de lejos implementarse Sin falta de catalizadores efectivos , a gran escala. y proyecta un escenario en el que la generación de electricidad es optimista a través de Aun así , fuentes Nagao sostenibles comenzará a dar sus frutos en la próxima década . “Estamos logrando resultados muy expresivos con la síntesis de amoníaco que no existen en ningún otro lugar del país. Los catalizadores que estamos usando son a base de cobre y cobalto , que son metales simples, abundantes, baratos y que están brindando actividades cercanas al 100%. Nuestros resultados son muy prometedores”, garantiza el profesor.

Uno de los principales retos a los que se enfrenta el desarrollo de esta tecnología es que los oxidación y catalizadores actualmente que se aplican están basados ??en metales muy nobles, resistentes a la corrosión . Un ejemplo de ello es el iridio, elemento químico que ha mostrado un mejor desempeño en los procesos de ruptura de agua, pero cuyo uso es inviable de manera escalonada por ser un metal extremadamente caro y escaso . “Algunos investigadores están tratando de reemplazar parte del iridio con otros metales menos nobles, pero esto es algo que todavía está en desarrollo . Aquí, en Cine, estamos iniciando un proyecto centrado en el estudio del niobio y el tantalio, que son metales de la misma familia y muy comunes en Brasil”, comenta Nagao.

Traducido del portugués.

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