"Cosas Supercríticas"

lunes, 16 de enero de 2012

CO2 + H2O => Combustible + O2

Este es un principio básico de la química, todas las reacciones se pueden invertir si al sistema se le aporta la energía necesaria. Esto es, si cuando "quemamos" un combustible esto consume oxígeno, desprende energía y genera dióxido de carbono y agua, si a un sistema le aportamos carbono, agua y energía en las condiciones correctas se puede recuperar el combustible y el oxígeno inicial.
Dicho así parece fácil ¿no?
Problema del calentamiento global y de la futura escasez de petroleo resueltos!!!
Por desgracia no es tan fácil.
Uno de los mayores problemas es la "fuente de energía". Obviamente no podemos consumir hidrocarburos, ya que debido a la pérdida de energía en los procesos el balance total sería negativo, esto es, consumiríamos combustible y generaríamos CO2.
Por lo tanto se trata de trabajar con fuentes de energía que no produzcan CO2 y a ser posible fuentes de energía renovables.
En este campo se han estudiado numerosos sistemás fotocatalíticos, se ha trabajado con organismos fotosintéticos e incluso se ha barajado el uso de la energía nuclear. Los podeís encontrar en http://supercritical-fluids.blogspot.com/  aunque me temo que parte de los links se han perdido...

Hoy me ha vuelto el tema a la cabeza al leer el post de Javier Dufour, que copio más abajo, sobre los resultados expuestos en la “Conferencia inaugural de la Sociedad para la Ingeniería de la Biología y los combustibles”.

Nuevas tecnologías para convertir CO2 y H2O en combustibles mediante el uso de energía solar

Publicado por Javier Dufour el 16 enero, 2012

La fotosíntesis es la manera en la que los organismos fotoautótrofos almacenan la energía solar en energía química estable a través de un ciclo de reacciones catalizadas por sistemas enzimáticos. En la actualidad, existe un gran interés entre la comunidad científica en intentar imitar este procedimiento incrementando, si es posible, la eficiencia del mismo. De esta manera se pretende conseguir combustibles al mismo tiempo que mitigar el efecto invernadero al emplear como materia prima el gas que más contribuye a incrementar este fenómeno, el CO2.

Autor: [Julio Núñez Casas. Unidad de Procesos Termoquímicos. IMDEA Energía]

El pasado 6 de noviembre se reunieron en Providence, Rhode Island (EE.UU.), algunos de los más prestigiosos científicos e ingenieros a nivel internacional en la “Conferencia inaugural de la Sociedad para la Ingeniería de la Biología y los combustibles”. [1] La conferencia se centró principalmente en la presentación de proyectos financiados por el programa de combustibles de la Agencia de la Energía en Proyectos de Investigación Avanzados (ARPA-E). La mayoría de ellos se basan en  el empleo de energía solar y materias primas inocuas, abundantes y a precios asequibles, como pueden ser el CO2 y el H2O, mediante procesos catalíticos o bioquímicos.Según Eric J. Toone, director adjunto de ARPA-E, la finalidad de los proyectos financiados ha de ser buscar nuevas tecnologías que permitan captar la energía solar de manera más eficiente y almacenarla en forma de combustibles que puedan ser utilizados en el sector del transporte fundamentalmente. 
Figura 1. Los combustibles generados a partir de procedimientos catalíticos o biocatalíticos ofrecen una mayor eficiencia que los relacionados con procesos fotosintéticos (izquierda). A la derecha de la imagen se puede apreciar la ”hoja artificial” desarrollada por el grupo de Nocera.

Uno de los ponentes invitados a la conferencia fue Daniel G. Nocera, renombrado científico del MIT (Massachusetts Institute of Technology). En su ponencia, Nocera expuso el trabajo que se desarrolla en su grupo de investigación, centrado fundamentalmente en el desarrollo de sistemas catalíticos de bajo coste para obtener H2 a partir de H2O y luz solar. Uno de los últimos avances de su grupo ha sido la síntesis de un fotocatalizador basado en borato de cobalto que imita el procedimiento de la fotosíntesis para obtener Hy O[2] y de un segundo sistema fotocatalítico basado en una aleación de molibdeno, zinc y níquel para transformar los iones Hen H2. [3]Nocera, en colaboración con el investigador Steven Y. Reece, ha acoplado los dos catalizadores para desarrollar lo que ha denominado la “hoja artificial”. Esta invención pretende ser comercializada por Sun Catalytix, compañía fundada por el propio Nocera. Según el científico, este dispositivo es diez veces más eficiente que la propia fotosíntesis. Simplemente con sumergir la celda catalítica en agua y exponerlo a la luz solar, una de las caras genera O2mientras que la opuesta genera H2. [4] Si el sistema se divide con una membrana selectiva, los gases generados podrían ser recogidos por separado para su posterior almacenamiento y uso en una pila de combustible cuando se desee. La meta de Nocera es que este dispositivo sea comercial en un futuro próximo y pueda aportar energía en regiones del mundo en vías de desarrollo o en zonas que cuenten con un sistema de distribución de electricidad deficitario. Según las estimaciones de su compañía, una celda catalítica del tamaño de una puerta podría aportar la suficiente electricidad como para abastecer a un hogar medio estadounidense.Otras tecnologías presentadas en Providence se basan en el uso de microorganismos para obtener combustibles. En este contexto trabaja el grupo de Stephanopoulos, investigador del MIT, que ha descubierto un microorganismo capaz de producir acetato a partir de CO2 y H2cuando es irradiado con luz solar. Este trabajo ha quedado reflejado en una de sus patentes. [5] Un segundo grupo de microorganismos es capaz de convertir los acetatos producidos por el primer grupo de microorganismos a triglicéridos, materia prima fundamental junto con el metanol para fabricar biodiesel.Según Toone, directivo de ARPA-E, hay un largo camino por recorrer hasta que muchas de estas tecnologías sean comercializadas, pero una vez que sean técnica y económicamente viables podrán solucionar gran parte de las necesidades del mercado energético actual. 

[1] http://electrofuels.aiche.org/ [2] In Situ Formation of an Oxygen-Evolving Catalyst in Neutral Water Containing Phosphate and Co2+. Matthew W. Kanan and Daniel G. Nocera*. Science vol  321 31 jul 2008[3] Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel, Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein, Joep J. H. Pijpers, Daniel G. Nocera . Science vol 334 4 nov 2011[4] http://web.mit.edu/newsoffice/2011/artificial-leaf-0930.html[5] http://www.faqs.org/patents/app/20110177564

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