Transformar el carbono atmosférico en materiales útiles industrialmente

Transformar el carbono atmosférico en materiales útiles industrialmente

Los científicos de Salk cuantifican el proceso para almacenar de forma permanente el CO2 capturado en la planta como SiC, un material valioso para la electrónica

LA JOLLA: las plantas no tienen paralelo en su capacidad para capturar CO₂ del aire, pero este beneficio es temporal, ya que los cultivos sobrantes liberan carbono a la atmósfera, principalmente a través de la descomposición. Los investigadores han propuesto un destino más permanente, e incluso útil, para este carbono capturado al convertir las plantas en un material industrial valioso llamado carburo de silicio (SiC), ofreciendo una estrategia para convertir un gas de efecto invernadero atmosférico en un material valioso económica e industrialmente.

En un nuevo estudio, publicado en la revista Avances RSC el 27 de abril de 2021, los científicos de Salk transformaron las cáscaras de maíz y tabaco en SiC y cuantificaron el proceso con más detalle que nunca. Estos hallazgos son cruciales para ayudar a los investigadores, como los miembros del equipo de Salk Iniciativa de aprovechamiento de plantas, evaluar y cuantificar estrategias de secuestro de carbono para mitigar potencialmente el cambio climático como CO₂ los niveles continúan aumentando a niveles sin precedentes.

“El estudio ofrece una contabilidad muy cuidadosa de cómo se produce esta valiosa sustancia y cuántos átomos de carbono se extraen de la atmósfera. Y con ese número, puede comenzar a extrapolar qué papel podrían desempeñar las plantas en la mitigación de los gases de efecto invernadero y al mismo tiempo convertir un subproducto industrial, CO₂, en materiales valiosos mediante el uso de sistemas naturales como la fotosíntesis”, dice el coautor correspondiente y profesor de Salk jose noel.

SiC, también conocido como carborundo, es un material ultraduro que se utiliza en cerámica, papel de lija, semiconductores y LED. El equipo de Salk usó un método previamente informado para transformar el material vegetal en SiC en tres etapas mediante el conteo de carbonos en cada paso: primero, los investigadores cultivaron tabaco, elegido por su corta temporada de crecimiento, a partir de semillas. Luego congelaron y molieron las plantas cosechadas hasta convertirlas en polvo y lo trataron con varios productos químicos, incluido un compuesto que contiene silicio. En la tercera y última etapa, las plantas pulverizadas fueron petrificadas (convertidas en una sustancia pétrea) para hacer SiC, proceso que consiste en calentar el material hasta 1600 °C.

"La parte gratificante fue que pudimos demostrar cuánto carbono se puede secuestrar de los productos de desecho agrícolas como las cáscaras de maíz mientras producimos un material verde valioso que generalmente se produce a partir de combustibles fósiles", dice la primera autora Suzanne Thomas, investigadora del personal de Salk.

A través del análisis elemental de los polvos de las plantas, los autores midieron un aumento de 50,000 14 veces en el carbono secuestrado de la semilla a la planta cultivada en laboratorio, lo que demuestra la eficiencia de las plantas para reducir el carbono atmosférico. Al calentarse a altas temperaturas para la petrificación, el material vegetal pierde algo de carbono como una variedad de productos de descomposición, pero finalmente retiene alrededor del XNUMX por ciento del carbono capturado por la planta.

Los investigadores calcularon que el proceso para producir 1.8 g de SiC requería alrededor de 177 kW/h de energía, y la mayor parte de esa energía (70 por ciento) se usaba para el horno en el paso de petrificación. Los autores señalan que los procesos de fabricación actuales para SiC conllevan costos de energía comparables. Entonces, si bien la energía de producción requerida significa que el proceso de planta a SiC no es neutro en carbono, el equipo sugiere que las nuevas tecnologías creadas por compañías de energía renovable podrían reducir los costos de energía.

"Este es un paso hacia la fabricación de SiC en un enfoque ambientalmente responsable", dice el coautor correspondiente y científico visitante de Salk, James La Clair.

A continuación, el equipo espera explorar este proceso con una variedad más amplia de plantas, en particular plantas como la cola de caballo o el bambú, que contienen naturalmente grandes cantidades de silicio.

DOI: 10.1039/d1ra00954k