Un grupo de investigadores de la escuela de ingeniería de la USC Viterbi, en Los Ángeles, se encuentran realizando un estudio en el que buscan separar el dióxido de carbono y convertir el gas de efecto invernadero en materiales útiles como combustible, productos farmacéuticos o polímeros.
En la actualidad, este proceso utiliza calor o electricidad junto a un catalizador para acelerar la conversión del CO2 en productos. Estos métodos suelen consumir mucha energía, lo que contradice el objetivo de este proceso de reducir los impactos ambientales. Sin embargo, en el primer estudio computacional de este tipo, los ingenieros de la USC Viterbi reclutaron a un a un atractivo aliado energéticamente eficiente y sostenible: el sol.
En esta primera fase, lograron demostrar que la luz ultravioleta (UV) podría ser eficaz para lograr estimular el oligofenileno, una molécula orgánica. En el estudio, se observó que con la exposición a los rayos UV, el oligofenileno se convirtió en un anión cargado negativamente, el cual transfiere electrones a la molécula más cercana, como el CO2, y lo hace reactivo. De esta manera, podría convertirse en plásticos, medicamentos e incluso muebles.
Shaama Sharada, una de las responsables de la investigación, califica al dióxido de carbono como el mayor culpable del calentamiento global. “El CO2 es difícil de reducir, por lo que vive durante décadas en la atmósfera”, explicó. “Pero este anión cargado negativamente es capaz de reducir incluso algo tan estable como el CO2, por lo que es tan prometedor y es el motivo por el que lo estamos estudiando”
El equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Familia Mork fue dirigido por un Ph.D. de tercer año, estudiante Kareesa Kron, supervisada por Sharada, profesora asistente de WISE Gabilan.
Una necesidad urgente
Con el inicio de la era industrial, se ha aumentado la presencia de dióxido de carbono en un 45%, a través de la quema de combustibles fósiles, entre otras emisiones. Es uno de los problemas más urgentes que la humanidad debe abordar. El CO2 en la atmósfera ha ocasionado que las temperaturas globales son dos grados Celsius más cálidas que antes de que se crearan las industrias, lo que ha intensificado el cambio climático.
Con respecto a los procesos que se utilizan actualmente para convertir las emisiones de dióxido de carbono, Shaarada explicó que “la mayoría de las otras formas implican hacer uso de productos químicos a base de metales, que son de tierras raras” y que estos “pueden ser costosos, difíciles de encontrar y potencialmente tóxicos”
La alternativa es utilizar catalizadores orgánicos a base de carbono para llevar a cabo esta conversión asistida por el sol, pero hay muchos desafíos en esta investigación, según explicó la profesora, pero el equipo pretende abordarlos. “Uno de los desafíos es que, sí, pueden aprovechar la radiación, pero muy poca de ella se encuentra en la región visible, donde se puede iluminar la reacción”, señaló Shaarada. “Normalmente se necesita una lámpara UV para que esto suceda”.
Para el estudio, los científicos utilizan simulaciones de química cuántica para comprender cómo se mueven los electrones entre el catalizador y el dióxido de carbono. En esta fase, se encuentran explorando estrategias de diseño de catalizadores que no solo conduzcan a altas velocidades de reacción, sino que también permitan que la molécula sea excitada por la luz visible, haciendo uso de la química cuántica y algoritmos genéticos.
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