Se puede crear plástico renovable a partir de dióxido de carbono y agua, según las investigaciones paralelas de dos universidades americanas
El plástico es un elemento que está asentado en nuestro día a día, pero igual que su mal deshecho contamina la naturaleza, su fabricación genera contaminación atmosférica.
Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, ha creado un sistema a partir del que unas bacterias podrían crear etileno, el elemento principal que se utiliza para fabricar algunos plásticos. Su idea parte de una investigación que pretende conseguir suministros orgánicos en Marte utilizando dióxido de carbono.
Por otro lado, científicos de la Universidad de Toronto han utilizado dos dispositivos que se pueden alimentar con energía renovable y utilizan el dióxido de carbono para convertirlo en etileno.
El etileno es un compuesto químico que se utiliza para la fabricación de polietileno, el plástico más utilizado en la actualidad. Fabricar etileno consume combustibles fósiles y genera 200 millones de toneladas de CO2 al año. Esto supone un 0,6% de las emisiones mundiales.
En los últimos años se han creado unos dispositivos capaces de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, conocidos como células electroquímicas. Estas son las que podrían utilizar energía renovable para conseguir etileno a base de agua y el dióxido de carbono residual de los procesos industriales.
Sin embargo, este procedimiento tiene un problema. Las células electroquímicas suelen consumir aditivos altamente alcalinos, porque son muy reactivos (reaccionan hasta con agua) para conducir electricidad, y estos necesitan energía para su fabricación.
Los investigadores de las universidades de California y Toronto han conseguido dos sistemas diferentes para crear plástico renovable evitando el uso de alcalinos. Sus estudios se han publicado en la revista Joule de Elsevier.
Cómo conseguir plástico renovable a partir de bacterias
El diseño de los investigadores de Berkeley combina material orgánico e inorgánico (biohíbrido) y se creó con la idea de conseguir suministros orgánicos a partir de dióxido de carbono en Marte. Este mismo funcionamiento podría aplicarse en la Tierra para crear combustibles, plásticos o medicamentos, según apuntan.
En su célula electroquímica se colocan bacterias Sporomusa ovata entre cables de silicio 100 veces más pequeños que un cabello humano (nanocables). Estas bacterias suelen utilizarse por su capacidad de convertir la luz solar, el agua, y el dióxido de carbono en oxígeno y combustibles líquidos. Por su parte, los nanocables generan electrones y los transfieren a las bacterias para conseguir la reacción química.
Apariencia del biohíbrido de bacterias y nanocables a una escala de 10 micras. Con un nivel de acidez óptimo las bacterias se insertan entre los nanocables para conseguir la reacción química. Fuente: Universidad de Berkeley
Todo esto ocurre exponiendo las bacterias a una acidez óptima para que se mantengan entre los cables. Cuando las bacterias toman los electrones, convierten dos moléculas de dióxido de carbono en acetato y oxígeno. Según apuntan los investigadores, este ácido puede servir para crear una serie de compuestos orgánicos, como serían el etileno y otros hidrocarburos.
Así se convierte dióxido de carbono en plástico
Otro compuesto común en las células electroquímicas es el hidróxido de potasio, una sustancia química que al disolverse en agua desprende mucha energía. Esto permite ahorrar energía eléctrica en el proceso de creación de energía química.
Sin embargo, hay quienes apuntan que el hidróxido tiene un inconveniente porque reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato. El carbonato no se disuelve en agua, por lo que el hidróxido tiene que reponerse continuamente, y esto hace que se pierda energía en el proceso.
Una investigación de la Universidad de Stanford consiguió solucionar el problema del hidróxido. Los científicos sustituyeron el dióxido de carbono por monóxido de carbono (CO), lo que evitó la formación de carbonato. Sin embargo, para fabricar CO se necesitan combustibles fósiles, y esto reduce su posible ventaja.
Los investigadores de la Universidad de Toronto han ido un paso más allá: han utilizado un dispositivo conocido como célula electroquímica de óxido sólido. Estas células son más eficaces y desprenden bajas emisiones. La célula de óxido sólido convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono a base de altas temperaturas.
El monóxido de carbono pasa a otra célula electroquímica que lo convertirá en etileno. De este modo se reduce la intensidad energética en un 48%, en comparación con la conversión de CO2 a CO en una única célula.
Conversión de dióxido de carbono en etileno, pasando por monóxido de carbono, a partir de dos células electroquímicas. Fuente: ScienceDirect
Los avances en la mejora de las células electroquímicas, unidos a la reducción de precios de las energías renovables por el aumento de su uso, suponen una oportunidad para la eficiencia energética global. Evitar la contaminación atmosférica de la producción de plástico es un paso en adelante tanto para la salud de nuestro planeta, como para la nuestra.
REFERENCIAS
Close-Packed Nanowire-Bacteria Hybrids for Efficient Solar-Driven CO2 Fixation
Cascade CO2 electroreduction enables efficient carbonate-free production of ethylene
