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El dióxido de carbono como
materia prima
Dr. Quím. Mario Ceroni Galloso
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Mucho se ha centrado en el CO2 procedente de la quema de
combustibles fósiles, que constituyen alrededor del 60% del total
de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Sin
embargo, también hay que considerar al metano (CH4), óxido
nitroso (N2O), perfluorocarbonos (PFC), los hidrofluorocarbonos
(HFC), el hexafluoruro de azufre (SF6) y al trifluoruro de nitrógeno
(NF3).
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En el caso del CO2 al inicio de la era industrial la
concentración era de 270 ppm y ahora es de 397 ppm (a
noviembre 2014). Ver http://co2now.org/
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La acidificación del
océano se cuantifica
mediante la
disminución del pH. El
pH del agua del
océano superficial ha
disminuido en 0,1
desde el comienzo de
la era industrial (nivel
de confianza alto), lo
que corresponde a un
aumento del
26% en la
concentración de
iones de hidrógeno.
IPCC cabio climático bases físicas
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Todos los combustibles fósiles al combustionar (quemarse) generan CO2:
C + O2  CO2
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
gasolina + O2  CO2 + H2O + otros compuestos
¿A dónde va todo este CO2 generado?
Este gas es utilizado en la fotosíntesis, el exceso se dispersa en la atmósfera y
de allí migran al suelo y a los cuerpos de agua (océanos, lagunas, ríos, entre
otros). Se ha encontrado que, por ejemplo, el agua de mar contiene 60 veces
más CO2 que la atmósfera. El CO2 disuelto en el agua reacciona con una serie
de sustancias químicas y es transformado en carbonatos, como mármol, caliza
y dolomita. Otra parte del CO2 es transformado en bicarbonato.
El exceso de CO2 causa que el balance entre el CO2 producido y el CO2 fijado
se rompa, lo que ocasiona, entre otros efectos, alteraciones en el clima de la
Tierra, lo que a su vez crea una serie larga de problemas a los seres vivos.
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¿Qué actividad industrial genera el dióxido de carbono?
IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage
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Que hacemos los químicos
Muchos investigadores están trabajando en
A) Convertir el CO2 en una materia prima orgánica útil.
B) Captura directa del CO2.
C) Producir energía renovable.
Chem Rev
2007;107:2365–87
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Dimethyl Ether (DME)
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Convertir el CO2 en una materia prima
orgánica útil
Conversión a CO
Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
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En la reacción Boudouard, el carbono sólido (carbón) reacciona con
CO2 para producir monóxido de carbono:
CO2 (g) + C(s)
2CO (g)
es una ruta sencilla para la mitigación de las emisiones de CO2
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Conversión a HCOOH (ácido fórmico) and HCHO (metanal)
J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1 (24), pp 3451–3458
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Cu (verde), N (azul), S (amarillo), O (rojo) y C (negro)
Chemistry And Engineering News, January 15, 2010
La química inorgánica Elisabeth Bouwman y sus colaboradores del Instituto de
Química de la Universidad de Leiden y del Centro Bijvoet de Investigación
Biomolecular de la Universidad de Utrecht, ambos de Holanda, ha desarrollado
un catalizador que reacciona con CO2 contenido en el aire de tal manera que
sólo se obtiene un solo producto: el oxalato, una materia prima útil para la
producción de metil glicolato y de otros compuestos orgánicos. Después de la
reacción, el catalizador es regenerado electroquímicamente en un potencial de
reducción muy bajo. En otras palabras es inusitadamente favorable en términos
enérgeticos
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Journal of CO2 Utilization 7 (2014) 23–29
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Applied Catalysis B: Environmental 162 (2015) 98–109
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
Otros compuestos:
Desde que el policarbonato fue sintetizado por S. Inoue y colaboradores
utilizando CO2 y óxido de propileno en presencia de ZnEt2 y H2O en 1969,
muchos esfuerzos se han puesto en el desarrollo de una síntesis de
copolímero a base de CO2 (segunda reacción) sobre la base de Zn, Co, Cr y
complejos muestran actividad muy alta con un número de recambio hasta
26.000, así como un excelente control para la copolimerización de CO2 y
ciclohexeno (o propileno) óxido.
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
Una alta selectividad (100%) y proceso eficiente para la síntesis de
carbonatos cíclicos ha sido desarrollado por Yang et al. utilizando un
método de electrorreducción en un líquido iónico a temperatura
ambiente (. Una eficacia de corriente tan alta como 90% se logró a
un potencial constante de -2,4 V. carbonato de etileno se utiliza
como un disolvente polar con un momento dipolar molecular de 4,9
D. carbonato de propileno es un componente de alta permitividad
de electrolitos en baterías de litio.
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
Otro avance en la utilización de CO2 fue realizado por Zhang y Yu.
Varios ácidos propiólicos fueron sintetizados en condiciones suaves a
través de carbeno de cobre y cobre-N-heterocíclicos (NHC)
transformación catalizada de CO2 a ácido carboxílico.
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
La formación de oxazol ácido 2-carboxílico por carboxilación de oxazol
fue hecha por Boogaerts y Nolan usando [(NHC)AuOH] complejos en
THF a 45 ° C .
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 18–27
Gran éxito químico es la formación directa de enlaces CN basados en la
activación de CO2 a través de la catálisis molecular, lo cual abre la
posibilidad de obtener materia prima para la producción de diversos
compuestos oxigenados, tales como oxazolidinonas, quinazolinas,
carbamatos, isocianatos, poliuretanos, etc. Estos productos químicos de
los productos básicos se han sintetizado a partir de métodos verdes y
tienen importantes aplicaciones en las industrias farmacéuticas y de
plástico
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Fotosíntesis artificial
La fotosíntesis artificial es de significativa importancia
principalmente a través de dos métodos: a) disociación del agua
en hidrógeno (H2) o b) reducción de CO2 con agua para dar
combustibles de hidrocarburos y productos químicos con valor
agregado, tales como monóxido de carbono (CO), el metano
(CH4), metanol (CH3OH), ácido fórmico (HCOOH) y formaldehido
(HCHO ).
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Journal of CO2 Utilization 1 (2013) 8–17
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Captura de CO2
Las tecnologías de secuestro o captura de CO2 son también una de las
alternativas que actualmente se analizan para reducir las emisiones y que
pueden aplicarse fundamentalmente en plantas industriales y centrales de
generación de electricidad. Estas tecnologías se basan fundamentalmente
en el uso de procesos y productos químicos que permiten capturar el CO 2
de una fuente emisora, comprimirlo, transportarlo e inyectarlo en
estructuras geológicas subterráneas para confinarlo. La Agencia
Internacional de la Energía ha estimado que únicamente utilizando
yacimientos agotados podrían confinarse hasta el 45% de las
emisiones de CO2 de todo el mundo hasta 2050.
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IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage
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En el futuro, sin embargo, incluso la baja concentración de
CO2 de nuestro aire, en la actualidad alrededor de 397 ppm,
puede ser capturado y reciclado de metanol, imitando así la
propia naturaleza ciclo de CO2 fotosintético. Nuevos
absorbentes eficientes para capturar CO2 en la atmósfera se
están desarrollando. El reciclado químico de CO2 para los
nuevos combustibles y materiales se está convirtiendo de este
modo es posible, haciéndolos renovable en la escala de
tiempo humano. En contraste, la transformación de la natural
a través de la fotosíntesis en los combustibles fósiles pueden
tardar muchos millones de años que la humanidad no puede
esperar.
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La separación del CO2 de otros gases puede hacerse por procesos
como absorción en líquidos o sólidos, mediante la criogénica,
permeación por membranas, etc.
La captura de CO2 en entornos industriales se lleva a cabo
pasando los gases de combustión a través de una columna que
contiene una solución acuosa de compuestos de amina, tal como
monoetanolamina para extraer selectivamente el CO2. La solución
enriquecida con CO2 es entonces típicamente calentada por
encima de 100 ° C para eliminar el CO2 y regenerar la solución de
amina.
La tecnología basada en esos procesos está bien establecida. Sin
embargo, hay varios inconvenientes, como la naturaleza corrosiva
de las soluciones y el gasto alto energía.
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ChemSusChem 2009, 2, 796
– 854
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Conclusiones
•Para reducir las emisiones de CO2 es necesario
desarrollar nuevas tecnologías .
•La recuperación de CO2 y su posterior transformación
en reactivos útiles es una alternativa necesaria.
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Muchas gracias
[email protected]
http://sqperu.org.pe
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