12/03/2018 - Recuperación de CO2 para la producción de elementos químicos básicos para la industria química

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El dióxido de carbono no tiene una imagen muy positiva, dado que su reputación está directamente relacionada con los gases que provocan el efecto invernadero. Sin embargo, no todas las noticias que le atañen son malas. En dos proyectos de investigación que Siemens está llevando a cabo junto con la empresa química alemana Evonik, se está utilizando CO2 para producir químicos básicos y especializados muy valiosos para la industria.

Estas líneas de investigación, denominadas Rheticus y eEthylene, están financiadas por el gobierno de Alemania y demuestran la apuesta de la compañía por desarrollar iniciativas que garanticen un futuro sostenible. Un futuro en el que la producción de butanol, hexanol o etileno a partir del CO2 es una realidad cada vez más cercana.

Con los primeros resultados, los científicos esperan obtener información que les permita implementar gradualmente procesos de síntesis electroquímica para aplicaciones industriales a gran escala y reducir tanto costes como su impacto en el medio ambiente.

Rheticus: el programa que convierte CO2 en productos químicos especiales

El pasado mes de enero, cerca de 20 expertos de Siemens y Evonik presentaron un nuevo proyecto de investigación llamado Rheticus. Un proyecto en el que los técnicos están trabajando para generar productos químicos especiales a partir de CO2. La primera fase terminará en 2019 y para 2021 está prevista la construcción de una planta de pruebas iniciales en la sede de Evonik al noroeste de Alemania.

El procedimiento tiene dos momentos clave. Al comenzar, un electrolizador de Siemens utiliza energía de fuentes renovables para convertir el dióxido de carbono y el agua en monóxido de carbono metabolizable (CO). A continuación, un proceso de fermentación de Evonik convierte muy selectivamente los gases que contienen CO en sustancias valiosas con la ayuda de microorganismos especializados. El resultado son productos químicos como el butanol y el hexanol, que son materias primas para elaborar productos como plásticos especiales y aditivos alimentarios.

"Estamos trabajando con configuraciones experimentales y en este punto es donde podemos probar y optimizar nuestras células de electrólisis y electrodos de difusión de gas", dice Günter Schmid, responsable de los electrolizadores de Siemens Corporate Technology.

El objetivo del proyecto es trasladar esta tecnología del laboratorio a un centro de pruebas para el año 2021, ya que de Rheticus se espera una capacidad de producción de 10 a 20 toneladas por año. Esto prepararía el escenario para la construcción de una planta industrial con un volumen de fabricación de hasta 20.000 toneladas de butanol o hexanol por año. "También estamos estudiando la posibilidad de producir otros químicos especiales o incluso combustibles", agrega Schmidt. Dependiendo de las necesidades de los futuros clientes, las dimensiones de la plataforma Rheticus también podrían ampliarse. "Con la plataforma Rheticus queremos demostrar que la fotosíntesis artificial es factible", añade el Dr. Thomas Haas, responsable del proyecto en el departamento de investigación estratégica de Evonik. La fotosíntesis artificial consiste en que el CO2 y el agua se convierten en sustancias químicas mediante una combinación de pasos químicos y biológicos en un proceso similar al de las hojas que usan clorofila y enzimas para sintetizar glucosa.

La nueva tecnología combina múltiples beneficios. No solo permite que los productos químicos se produzcan de manera sostenible, sino que también sirve como un almacén de energía, que puede responder a las fluctuaciones y ayudar a estabilizar la red.

Rheticus es parte de la Iniciativa Kopernikus, un proyecto que tiene como objetivo encontrar nuevas soluciones y reconvertir el sistema de suministro de energía alemán. Cuenta, además, con financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF), que destina para su desarrollo 2,8 millones de euros.

eEthylene: producción neutra en CO2

En el proyecto eEthylene, financiado también por el gobierno alemán, expertos de Siemens están trabajando junto con científicos de Evonik, la Universidad Técnica de Berlín, la Universidad Ruhr de Bochum y el Instituto Helmholtz de Erlangen-Nuremberg para estudiar cómo el dióxido de carbono se puede convertir en etileno. "Estamos convencidos de que el CO2 no solo ayudará a producir materiales codiciados, sino que también abrirá nuevas oportunidades de negocio para Siemens", dice Dan Taroata, gerente de proyectos de Siemens, el líder del consorcio.

Los investigadores están usando electricidad en un sistema directo de electrólisis de una sola etapa para sintetizar etileno a partir de dióxido de carbono y agua. Su trabajo se centra en los electrocatalizadores porque estos materiales pueden cargar CO2 inerte con electrones ricos en energía para crear etileno. Si los electrones se agrupan en el agua circundante, el proceso crea hidrógeno. Es por eso que el catalizador juega un papel decisivo en el éxito del método. Sin embargo, es un gran desafío tecnológico encontrar un electrodo cuprífero estable para la producción de etileno.

Para convertir el CO2 en etileno, Siemens contribuye en el proceso de producción con un sistema de una de sus áreas clave de competencia: una instalación de electrólisis para operación continua. Se basa en electrolizadores para la producción de hidrógeno, que forman parte de la gama actual de productos de la compañía.

eEthylene, el proyecto de tres años que se lanzó en octubre de 2016, está recibiendo financiación del Ministerio de Educación e Investigación de Alemania. Es parte de la iniciativa de investigación CO2Plus para el uso de CO2, que pretende ampliar la base de producción de materias primas. Siemens es el líder del consorcio del proyecto y con un presupuesto total de € 2.9 millones, eEthylene podría revolucionar la producción de etileno, puesto que su objetivo es descubrir cómo el dióxido de carbono se puede convertir en etileno de manera eficiente.

Producción económica de etileno

El etileno se usa actualmente de diversas formas. En primer lugar, es la materia prima para la producción de polietileno, cloruro de polivinilo y poliéster. Como tal, está contenido en la mayoría de los plásticos.

El etileno también ayuda a que las frutas y verduras maduren en el momento preciso, una aplicación importante en un mundo de cadenas globalizadas de suministro de alimentos. Si el proceso de producción electrolítica puede optimizarse, podría competir con el método de fabricación convencional. Además de que el proceso usaría CO2 atmosférico y sería deseable desde una perspectiva ambiental, también valdría la pena seguirlo desde un punto de vista comercial. Esto se debe a que una tonelada de etileno cuesta entre 850 y 1.200 euros y anualmente se utilizan alrededor de 180 millones de toneladas.

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Sala de prensa | Siemens

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