Valencià:
El diòxid de carboni és el major contribuent a les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle, responsables de l'escalfament global i del canvi climàtic. La captura directa del CO2 en l'aire és una de les solucions proposades per a reduir la seua concentració en l'atmosfera, però combinar aquest procés amb la seua recuperació i transformació en productes de valor agregat és altament complex i requereix una interacció finament equilibrada entre aquest element i els adsorbents que permeten la seua captura i conversió en productes de valor afegit.
Un equip investigador de la Universitat Jaume I de Castelló ha demostrat una nova metodologia que integra la captura directa de CO2 de l'aire i la seua conversió eficient i selectiva en carbonats cíclics sense utilitzar epóxidos com a substrats (la substitució dels epóxidos és valuosa des del punt de vista de la seguretat ja que tenen un potencial explosiu). El sistema empra sals orgàniques comercials, de baix cost i lliures de metalls. Les moderades condicions de reacció emprades (a temperatura ambient o fins a 40 graus), així com la varietat de substrats emprats demostren la versatilitat de la metodologia proposada.
«El gran problema i la gran dificultat d'aquest mètode, explica la investigadora Marcileia Zanatta, és que el CO₂ de l'aire està en una concentració molt baixa, d'aproximadament 0,04%, i això ocasiona que la reacció de captura siga molt lenta i la de conversió per a transformar-ho en un altre producte necessite unes condicions molt dràstiques». En el sistema desenvolupat en la universitat pública de Castelló «aconseguim capturar-lo a una velocitat més ràpida que la que es parla en la literatura científica, que està al voltant de 40 hores, i nosaltres l'hem aconseguit en 16 hores», comenta la científica.
El desenvolupament d'un sol material que combine capacitats catalítiques i de sorción per a treballar simultàniament tant en la captura com en la conversió de CO2 és molt atractiu però complex. En aquest cas, s'ha demostrat un procés seqüencial, on en primer lloc es captura el CO₂ en forma de bicarbonat i posteriorment es transforma en carbonats cíclics. La senzillesa i el baix cost associat a la captura de CO2, combinades amb l'eficàcia en la transformació, obrin la porta a una àmplia gamma de metodologies de captura directa d'aire i els processos de conversió (DACC).
L'ús de substrats a base de biomassa (més econòmics també que els epóxidos), diòxid de carboni procedent directament de l'aire i un adsorbent barat i comercialment disponible, «converteixen aquesta metodologia en molt avantatjosa i atractiva per a desenvolupar rutes químiques de sintètics sostenibles per a generar carbonats cíclics, comenta l'investigador Víctor Sans, la qual cosa representa una aproximació sostenible i d'economia circular per a la captura i valorització dels gasos d'efecte d'hivernacle». Sans ha assegurat que «ha sigut un desafiament científic aconseguir capturar i transformar el diòxid de carboni amb un sistema únic, però hem aconseguit crear un pont que uneix totes dues coses».
La producció de carbonats cíclics a partir de CO2 és molt interessant des del punt de vista de la sostenibilitat atès que presenta una eficiència atòmica completa, és a dir, s'aconsegueix que el producte final incorpore tots els materials involucrats en el procés, sense crear subproductes. Els carbonats cíclics són productes químics industrials importants que tenen diverses aplicacions: dissolvents ecològics, bateries d'ions de liti, pintures i revestiments, resines, precursors de materials polimèrics i processament de polímers en química fina.
L'equip investigador integrat per Marcileia Zanatta i Víctor Sans de l'Institut Universitari de Materials Avançats i Eduardo García-Verdugo, responsable del Grup de Química Sostenible i Supramolecular ha publicat un article explicatiu en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering. El treball s'enquadra dins d'un projecte Marie Sklodowska Curie del programa europeu H2020 desenvolupat a la Universitat Jaume I de Castellón.
Article
Marcileia Zanatta, Eduardo García-Verdugo i Victor Sans. “Direct Air Capture and Integrated Conversion of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates with Basic Organic Salts”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2023, 11, 26, 9613–9619. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00890

Español:
El dióxido de carbono es el mayor contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero, responsables del calentamiento global y del cambio climático. La captura directa del CO2 en el aire es una de las soluciones propuestas para reducir su concentración en la atmósfera, pero combinar este proceso con su recuperación y transformación en productos de valor agregado es altamente complejo y requiere una interacción finamente equilibrada entre este elemento y los adsorbentes que permiten su captura y conversión en productos de valor añadido.
Un equipo investigador de la Universitat Jaume I de Castellón ha demostrado una nueva metodología que integra la captura directa de CO2 del aire y su conversión eficiente y selectiva en carbonatos cíclicos sin utilizar epóxidos como sustratos (la sustitución de los epóxidos es valiosa desde el punto de vista de la seguridad ya que tienen un potencial explosivo). El sistema emplea sales orgánicas comerciales, de bajo coste y libres de metales. Las moderadas condiciones de reacción empleadas (a temperatura ambiente o hasta 40 grados), así como la variedad de sustratos empleados demuestran la versatilidad de la metodología propuesta.
«El gran problema y la gran dificultad de este método, explica la investigadora Marcileia Zanatta, es que el CO2 del aire está en una concentración muy baja, de aproximadamente 0,04%, y eso ocasiona que la reacción de captura sea muy lenta y la de conversión para transformarlo en otro producto necesite unas condiciones muy drásticas». En el sistema desarrollado en la universidad pública de Castellón «conseguimos capturarlo a una velocidad más rápida de que la que se habla en la literatura científica, que está alrededor de 40 horas, y nosotros lo hemos conseguido en 16 horas», comenta la científica.
El desarrollo de un solo material que combine capacidades catalíticas y de sorción para trabajar simultáneamente tanto en la captura como en la conversión de CO2 es muy atractivo pero complejo. En este caso, se ha demostrado un proceso secuencial, donde en primer lugar se captura el CO2 en forma de bicarbonato y posteriormente se transforma en carbonatos cíclicos. La sencillez y el bajo coste asociado a la captura de CO2, combinadas con la eficacia en la transformación, abren la puerta a una amplia gama de metodologías de captura directa de aire y los procesos de conversión (DACC).
El empleo de sustratos a base de biomasa (más económicos también que los epóxidos), dióxido de carbono procedente directamente del aire y un adsorbente barato y comercialmente disponible, «convierten esta metodología en muy ventajosa y atractiva para desarrollar rutas químicas de sintéticos sostenibles para generar carbonatos cíclicos, comenta el investigador Víctor Sans, lo que representa una aproximación sostenible y de economía circular para la captura y valorización de los gases de efecto invernadero». Sans ha asegurado que «ha sido un desafío científico conseguir capturar y transformar el dióxido de carbono con un sistema único, pero hemos conseguido crear un puente que une ambas cosas».
La producción de carbonatos cíclicos a partir de CO2 es muy interesante desde el punto de vista de la sostenibilidad dado que presenta una eficiencia atómica completa, es decir, se consigue que el producto final incorpore todos los materiales involucrados en el proceso, sin crear subproductos. Los carbonatos cíclicos son productos químicos industriales importantes que tienen diversas aplicaciones: disolventes ecológicos, baterías de iones de litio, pinturas y revestimientos, resinas, precursores de materiales poliméricos y procesado de polímeros en química fina.
El equipo investigador integrado por Marcileia Zanatta y Víctor Sans del Instituto Universitario de Materiales Avanzados y Eduardo García-Verdugo, responsable del Grupo de Química Sostenible y Supramolecular ha publicado un artículo explicativo en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering. El trabajo se encuadra dentro de un proyecto Marie Sklodowska Curie del programa europeo H2020 desarrollado en la Universitat Jaume I de Castellón.
Artículo
Marcileia Zanatta, Eduardo García-Verdugo y Victor Sans. “Direct Air Capture and Integrated Conversion of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates with Basic Organic Salts”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2023, 11, 26, 9613–9619. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00890