La investigación fue coordinada por la profesora del Instituto de Química (IQ-USP) Liane Rossi, en el ámbito del Centro de Investigación para la Innovación del Gas (RCGI) - un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE) constituido por FAPESP y Shell en la Escola Politécnica (Poli -USP). En él, el CO2 se transforma en monóxido de carbono (CO) tras sufrir una reacción de hidrogenación química utilizando un catalizador de níquel previamente tratado.

"Pudimos mejorar la selectividad del catalizador para producir exclusivamente CO y dilucidar la razón por la que un catalizador de níquel se vuelve más eficiente después del tratamiento a alta temperatura", dice Rossi al RCGI Communication Advisory. Según el investigador, la selectividad en este caso es importante para evitar la producción de metano (CH4), otro gas que provoca el efecto invernadero.

Mayor rendimiento

El monóxido de carbono es un intermediario del que se puede producir casi todo lo que se obtiene del petróleo, como combustibles y precursores de polímeros con las mismas propiedades que los petroquímicos, además de moléculas oxigenadas utilizadas por otras ramas de la industria química. Uno de los posibles productos es el queroseno de aviación.

El problema es que en el proceso de hidrogenación de CO2 se suele obtener una mezcla de monóxido de carbono y metano. La proporción cambia según el catalizador utilizado y según las condiciones de temperatura y presión del proceso. Uno de los catalizadores más utilizados es el níquel, un material abundante y barato que, sin embargo, puede dar lugar a una mayor proporción de metano al final del proceso.

Como explican los investigadores, la producción concomitante de metano es indeseable cuando el foco está en obtener hidrocarburos de cadena más larga, ya que reduce el rendimiento.

Pero se encontró que, luego de ser sometido a temperaturas de 800o C, en una atmósfera de CO2 / H2 o metano o propano, el catalizador sufre un sutil cambio estructural y esto hace posible producir solo monóxido de carbono - evitando el metano incluso a temperatura óptima para su formación.

Según Rossi, el aumento de temperatura conduce a la formación de carburo de níquel (Ni3C) en la superficie del catalizador y eso es lo que marca la diferencia en la reacción de hidrogenación. “Hay un cambio en la interacción del CO con la superficie del catalizador, por lo que, con el carburo, es como si el CO formado fuera expulsado rápidamente de esa superficie, sin convertirse en metano por la reacción con los hidrógenos que también se adsorben en la superficie del catalizador, los hidruros, como los llamamos ", explica.

Según Rossi, la formación de carburo de níquel es un paso crucial para la producción de monóxido de carbono, a partir de CO2, sin transformarse posteriormente en metano. Esta hipótesis se formuló a partir de los resultados obtenidos experimentalmente y se confirmó mediante cálculos teóricos.

Los investigadores pudieron estudiar la superficie del catalizador en condiciones muy cercanas a las operativas en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) y en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), ambos en el Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales ( CNPEM), en Campinas - - y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), en Estados Unidos. El estudio contó con el aporte de miembros del grupo del profesor Rossi e investigadores del Instituto de Física de la USP de São Paulo y São Carlos y del PNNL.

Proximo paso

Según Rossi, la investigación ahora continuará analizando cómo otros factores, la presión de los gases dentro del reactor, por ejemplo, interfieren en el proceso, con el fin de establecer las mejores condiciones para el funcionamiento de los catalizadores de níquel. Luego, avanzará hacia el posible desarrollo de un proceso integrado que primero convierta el CO2 en CO y luego en productos químicos de mayor valor. "A partir de ahora, montaremos las piezas para, a partir del CO2, llegar a productos de interés comercial".

Los investigadores están trabajando para agregar valor al CO2 y así demostrar que puede ser más beneficioso utilizarlo como materia prima que simplemente arrojarlo a la atmósfera, sirviendo de estímulo para mitigar las emisiones.

Fuente: TN Petróleo