El diòxid de carboni és el major contribuent a les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle, responsables de l'escalfament global i del canvi climàtic. La captura directa del CO₂ en l'aire és una de les solucions proposades per a reduir la seua concentració en l'atmosfera, però combinar aquest procés amb la seua recuperació i transformació en productes de valor agregat és altament complex i requereix una interacció finament equilibrada entre aquest element i els adsorbents que permeten la seua captura i conversió en productes de valor afegit.

Un equip investigador de la Universitat Jaume I de Castelló ha demostrat una nova metodologia que integra la captura directa de CO₂ de l'aire i la seua conversió eficient i selectiva en carbonats cíclics sense utilitzar epóxidos com a substrats (la substitució dels epóxidos és valuosa des del punt de vista de la seguretat ja que tenen un potencial explosiu). El sistema empra sals orgàniques comercials, de baix cost i lliures de metalls. Les moderades condicions de reacció emprades (a temperatura ambient o fins a 40 graus), així com la varietat de substrats emprats demostren la versatilitat de la metodologia proposada.

«El gran problema i la gran dificultat d'aquest mètode, explica la investigadora Marcileia Zanatta, és que el CO₂ de l'aire està en una concentració molt baixa, d'aproximadament 0,04%, i això ocasiona que la reacció de captura siga molt lenta i la de conversió per a transformar-ho en un altre producte necessite unes condicions molt dràstiques». En el sistema desenvolupat en la universitat pública de Castelló «aconseguim capturar-lo a una velocitat més ràpida que la que es parla en la literatura científica, que està al voltant de 40 hores, i nosaltres l'hem aconseguit en 16 hores», comenta la científica.

El desenvolupament d'un sol material que combine capacitats catalítiques i de sorción per a treballar simultàniament tant en la captura com en la conversió de CO₂ és molt atractiu però complex. En aquest cas, s'ha demostrat un procés seqüencial, on en primer lloc es captura el CO₂ en forma de bicarbonat i posteriorment es transforma en carbonats cíclics. La senzillesa i el baix cost associat a la captura de CO₂, combinades amb l'eficàcia en la transformació, obrin la porta a una àmplia gamma de metodologies de captura directa d'aire i els processos de conversió (DACC).

L'ús de substrats a base de biomassa (més econòmics també que els epóxidos), diòxid de carboni procedent directament de l'aire i un adsorbent barat i comercialment disponible, «converteixen aquesta metodologia en molt avantatjosa i atractiva per a desenvolupar rutes químiques de sintètics sostenibles per a generar carbonats cíclics, comenta l'investigador Víctor Sans, la qual cosa representa una aproximació sostenible i d'economia circular per a la captura i valorització dels gasos d'efecte d'hivernacle». Sans ha assegurat que «ha sigut un desafiament científic aconseguir capturar i transformar el diòxid de carboni amb un sistema únic, però hem aconseguit crear un pont que uneix totes dues coses».

La producció de carbonats cíclics a partir de CO₂ és molt interessant des del punt de vista de la sostenibilitat atès que presenta una eficiència atòmica completa, és a dir, s'aconsegueix que el producte final incorpore tots els materials involucrats en el procés, sense crear subproductes. Els carbonats cíclics són productes químics industrials importants que tenen diverses aplicacions: dissolvents ecològics, bateries d'ions de liti, pintures i revestiments, resines, precursors de materials polimèrics i processament de polímers en química fina.

L'equip investigador integrat per Marcileia Zanatta i Víctor Sans de l'Institut Universitari de Materials Avançats i Eduardo García-Verdugo, responsable del Grup de Química Sostenible i Supramolecular ha publicat un article explicatiu en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering. El treball s'enquadra dins d'un projecte Marie Sklodowska Curie del programa europeu H2020 desenvolupat a la Universitat Jaume I de Castellón.

Article

Marcileia Zanatta, Eduardo García-Verdugo i Victor Sans. “Direct Air Capture and Integrated Conversion of Carbon Dioxide into Cyclic Carbonates with Basic Organic Salts”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2023, 11, 26, 9613–9619. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c00890