Investigación de la UNED convierte gases de efecto invernadero en productos útiles

Una investigación realizada por la UNED se centra en las claves termodinámicas necesarias para transformar metano y dióxido de carbono en compuestos industriales de gran valor, como acetona, ácido acético, etanol y dimetil éter. Este estudio no solo busca entender los factores que facilitan o dificultan estas reacciones, sino que también abre nuevas posibilidades para avanzar hacia procesos que permitan aprovechar dos de los principales gases responsables del calentamiento global, evitando así la costosa producción intermedia de gas de síntesis.

La investigación plantea una pregunta crucial: ¿qué pasaría si pudiéramos utilizar dos de los principales gases de efecto invernadero para generar productos químicos útiles? Este enfoque es liderado por Elena Montejano Nares, junto a otros investigadores del Departamento de Química Inorgánica y Química Técnica. La investigación ha sido publicada en el Chemical Engineering Journal Advances.

Francisco Ivars-Barceló, coautor del estudio, destaca que esta transformación podría convertir al metano y al dióxido de carbono en materias primas valiosas, cambiando su actual consideración como residuos perjudiciales para el medio ambiente. Ambos gases son componentes clave en la lucha contra el calentamiento global, ya que contienen átomos que pueden ser utilizados para crear moléculas más complejas y útiles.

Un enfoque innovador hacia la química sostenible

Tradicionalmente, el aprovechamiento conjunto del metano y el dióxido de carbono se realiza mediante su conversión a gas de síntesis. Este proceso requiere un alto consumo energético y genera costos adicionales. La alternativa propuesta por el equipo de la UNED consiste en hacer reaccionar directamente ambos gases para obtener hidrocarburos oxigenados valiosos en un solo paso.

Para investigar esta posibilidad, los científicos han utilizado Aspen Plus, un software especializado en simulación de procesos químicos. El análisis se ha centrado en cuatro productos específicos: ácido acético, etanol, dimetil éter y acetona. Se han evaluado diferentes condiciones térmicas (entre 300 y 1.000 kelvin) y presiones (de 1 a 150 atmósferas), además del impacto de reactivos como oxígeno y agua.

Los resultados indican que bajo condiciones ambientales y bajas presiones, las reacciones son endotérmicas y no espontáneas, lo que representa barreras significativas desde el punto de vista termodinámico. Sin embargo, las simulaciones sugieren que ciertos entornos químicos pueden modificar este panorama y facilitar las reacciones deseadas.

Perspectivas futuras en la investigación química

A pesar del desafío que supone este tipo de transformación química, los investigadores han logrado avances significativos. En estudios previos habían conseguido realizar transformaciones directas utilizando catálisis heterogénea térmica a temperaturas y presiones reducidas. Un nanocompuesto específico permitió obtener principalmente acetona y dimetil éter, además de ácido acético en menor cantidad.

No obstante, surge una paradoja: aunque teóricamente el equilibrio termodinámico favorece al ácido acético como producto más favorable, experimentalmente se ha observado una mayor selectividad hacia la acetona. Esto resalta que los resultados reales dependen no solo de la termodinámica sino también de factores cinéticos y las rutas preferidas por los catalizadores utilizados.

Ivars-Barceló señala que estos hallazgos refuerzan sus observaciones experimentales previas e iluminan posibles caminos hacia la formación efectiva de estos productos químicos. La combinación entre modelización teórica y experimentación práctica es fundamental para identificar oportunidades dentro del campo químico.

A medida que avanza esta línea investigadora, se están implementando estrategias para optimizar tanto el rendimiento como la selectividad hacia los productos deseados mediante el diseño avanzado de catalizadores. El objetivo final es lograr que estos gases nocivos puedan convertirse eficientemente en materias primas útiles para diversas aplicaciones industriales.

Elena Montejano-Nares, primera autora del artículo, está próxima a defender su tesis doctoral bajo la dirección de Esther Asedegbega-Nieto y Francisco Ivars-Barceló. Esta investigación ha contado con apoyo financiero significativo a través de programas estatales destinados a fomentar el conocimiento científico.