Mecanismos propuestos para la reducción de CO2 a oxalato y carbonato en solventes apróticos no acuosos. Crédito: Materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202501286
El químico de la Universidad de Michigan, Charles McCrory, y su grupo de investigación, junto con el laboratorio de Jesús Velázquez en el laboratorio de la Universidad de California, Davis y Anastassia Alexandrova en la Universidad de California, Los Ángeles, han desarrollado un método para capturar dióxido de carbono y convertirlo en oxalatos de metales, que luego pueden usarse como precursores para la producción de cementos.
El estudio se publica en la revista Advanced Energy Materials.
“Esta investigación muestra cómo podemos tomar dióxido de carbono, que todos saben que es un producto de desecho que tiene un valor poco a cero, y lo recupera en algo valioso”, dijo McCrory, profesor asociado de química e ciencia e ingeniería macromolecular. “No solo estamos tomando dióxido de carbono y enterrándolo; lo estamos tomando de diferentes fuentes puntuales y reutilizándolo por algo útil”.
La investigación fue estimulada por la participación de McCrory en el Centro para Cerrar el Ciclo de Carbono (4C), un centro de investigación de Frontier de Energy dirigido por Jenny Yang en la Universidad de California, Irvine. Uno de los objetivos de 4C es explorar métodos para capturar y convertir dióxido de carbono en valiosos combustibles y productos.
El tipo de cemento más común es el cemento Portland, que generalmente está hecho de piedra caliza y minerales como silicatos de calcio. La producción de este cemento de Portland tiene un costo de energía relativamente grande y una huella de carbono, dijo McCrory. McCrory y sus colegas estaban buscando formas de tomar dióxido de carbono y convertirlo en materiales que puedan usarse para la producción de cementos alternativos.
Un tipo de material que puede usarse como precursor de cemento alternativo es oxalatos metálicos, sales simples. Los investigadores saben que el plomo puede usarse como catalizador, una sustancia que ayuda a facilitar una reacción química, que puede convertir el dióxido de carbono en oxalatos metálicos. Pero el proceso requiere grandes cantidades de catalizadores de plomo, que es un peligro para la salud ambiental y humano.
El equipo 4C pudo usar polímeros para controlar el medio ambiente inmediatamente que rodea los catalizadores de plomo, afeitando la cantidad de plomo necesario en este proceso hasta piezas por mil millones, un nivel de plomo de impureza de traza que se encuentra en muchos materiales comerciales de grafito y carbono porosos.
McCrory se especializa en controlar el microambiente, el entorno químico y el entorno de coordinación, sitios de catalizador alternativo. Al controlar el microambiente, McCrory puede sintonizar la actividad del catalizador. Los investigadores mostraron que al controlar el microambiente que rodea el catalizador de plomo en la reacción química que convierte el dióxido de carbono en oxalato, pueden reducir enormemente la cantidad de plomo necesario para el proceso.
Para producir el oxalato a partir de dióxido de carbono, los investigadores usan un conjunto de electrodos. En un electrodo, el dióxido de carbono se convierte en oxalato, que es un ion disuelto en la solución. El otro electrodo es un electrodo metálico que se oxida y libera iones metálicos que se unen con el ion oxalato y lo precipitan fuera de solución como un sólido de oxalato metálico.
“Esos iones metálicos se combinan con el oxalato para hacer un sólido, y ese sólido se bloquea de la solución”, dijo McCrory. “Ese es el producto que recolectamos y que se puede mezclar como parte del proceso de fabricación de cemento”.
Velázquez es co-líder del estudio y profesor asociado de química en UCD. Su grupo originó la idea de usar pequeñas cantidades de plomo para impulsar las reacciones de síntesis de oxalato y examinar los mecanismos detrás de la reacción química del dióxido de carbono en oxalato.
“Los oxalatos metálicos representan una frontera subexplorada, que se mantiene como materiales cementitivos alternativos, precursores de síntesis e incluso soluciones de almacenamiento de dióxido de carbono”, dijo.
Alexandrova también es co-líder del estudio y profesor de química y ciencia de los materiales en UCLA. Su equipo realizó cálculos para confirmar la hipótesis de que este mecanismo funcionaría.
“Los catalizadores a menudo se descubren por accidente, y las formulaciones industriales exitosas a menudo son muy complicadas. Estos catalizadores de cócteles se descubren empíricamente a través de prueba y error”, dijo Alexandrova. “En este trabajo, tenemos un ejemplo de un rastro de impureza de plomo en realidad como un catalizador. Creo que hay muchos más ejemplos de este tipo en la catálisis de la práctica, y también que esta es una oportunidad subexplorada para el descubrimiento de catalizador”.
McCrory dice que una vez que el dióxido de carbono se convierte en el sólido de oxalato de metal, no se volverá a relacionar en la atmósfera como dióxido de carbono nuevamente en condiciones normales.
“Es un verdadero proceso de captura porque estás haciendo un sólido”, dijo. “Pero también es un proceso de captura útil porque está haciendo un material útil y valioso que tiene aplicaciones aguas abajo”.
McCrory dice que los investigadores deberían poder ampliar una parte del proceso: los investigadores están trabajando en electrólisis para dióxido de carbono a gran escala. Los próximos pasos serán estudiar más cómo ampliar la parte del proceso que produce el producto sólido.
“Estamos a un lado, pero creo que es un proceso escalable”, dijo McCrory. “Parte de la razón por la que queríamos reducir el catalizador de plomo a partes por mil millones son los desafíos de ampliar un catalizador con grandes cantidades de plomo. No sería ambientalmente razonable, de lo contrario”.
Más información: Rowan S. Brower et al, Reducción electroquímica selectiva de CO2 a oxalatos metálicos en soluciones no acuosas utilizando Pb de metal traza en carbono mejorado por un microambiente personalizado y materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202501286
Proporcionado por la Universidad de Michigan
Cita: Método de captura de carbono Mina Ingredientes de cemento de cemento del aire (2025, 9 de junio) Consultado el 9 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-carbon-capture-method-cement-ingredients.html
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