Conversión de los gases de escape industriales en materiales útiles con un nuevo electrodo

El gas de combustión emana de las calderas domésticas, las chimeneas e incluso las plantas industriales y transporta dióxido de carbono (CO₂) contaminante a la atmósfera. Para ayudar a mitigar estas emisiones, los investigadores que informan en ACS Energy Letters han diseñado un electrodo especializado que captura el CO₂ transportado por el aire y lo convierte directamente en un material químico útil llamado «ácido fórmico». El sistema funcionó mejor que los electrodos existentes en ensayos con gas de combustión simulado y a concentraciones de CO₂ ambientales.

«Este trabajo demuestra que no es necesario tratar la captura y la conversión del carbono como pasos separados. Al integrar ambas funciones en un solo electrodo, demostramos una vía más sencilla para la utilización de CO₂ en condiciones de gas realistas», explica Wonyong Choi, autor de correspondencia del estudio.

Capturar CO₂ del aire debería ser relativamente simple; después de todo, las plantas lo hacen todo el tiempo. Pero convertir el gas en algo útil es difícil y es un paso crucial para garantizar que los métodos de captura de carbono se implementen a gran escala. En emisiones industriales como el gas de combustión, el CO₂ suele diluirse entre otros gases, como el nitrógeno y el oxígeno. Sin embargo, los métodos de conversión existentes requieren que el CO₂ esté muy concentrado y que ya esté separado de los otros gases para funcionar de manera eficiente. Por eso, Donglai Pan, Myoung Hwan Oh, Wonyong Choi y colaboradores querían diseñar un sistema de captura y conversión de carbono que funcionara en condiciones coherentes con el gas de combustión del mundo real y que pudiera convertir incluso pequeñas cantidades de CO₂ capturado en un producto útil.

El equipo construyó un electrodo que permite que el gas se difunda y, luego, captura y convierte el CO₂ presente en el aire. El electrodo consta de tres capas: un material especializado para capturar carbono, papel de carbono permeable al gas y óxido de estaño(IV) catalítico. Este diseño convirtió el gas CO₂ directamente en ácido fórmico, un valioso material de partida para diversas aplicaciones químicas, incluidas las pilas de combustible.

En ensayos con gas CO₂ puro, el nuevo electrodo fue aproximadamente un 40 % más eficiente que otros electrodos de conversión de carbono existentes en condiciones de laboratorio comparables. Lo que es más importante, en ensayos con un gas de combustión simulado que contenía un 15 % de CO₂, un 8 % de oxígeno gaseoso y un 77 % de nitrógeno gaseoso, siguió produciendo una cantidad considerable de ácido fórmico, mientras que los demás sistemas produjeron una cantidad insignificante. Por último, el nuevo sistema de electrodos captó CO₂ en concentraciones similares a las atmosféricas actuales, lo que demuestra su utilidad para funcionar en condiciones de aire ambiental. Los investigadores afirman que este trabajo ofrece una estrategia prometedora para integrar la captura de CO₂ en aplicaciones industriales prácticas y esperan que pueda inspirar sistemas similares para capturar otros gases de efecto invernadero, como el metano.

Los autores agradecen la financiación de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (National Research Foundation of Korea). 

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