¿Qué tan difícil sería sintetizar gasolina (o una sustancia química cruda similar) a partir del CO2 en la atmósfera?

Aprovecharé esta oportunidad para mencionar la “economía del metanol”. Este es un concepto desarrollado por el premio Nobel, el profesor George Olah, y recientemente está ganando terreno en todo el mundo. La idea central es muy simple. Como nos estamos quedando sin reservas de combustibles fósiles (las estimaciones sobre la tasa de agotamiento y la cantidad restante variarán de persona a persona según su agenda), nos corresponde encontrar fuentes alternativas de energía. La civilización moderna se ha construido sobre la base de energía barata y abundante, y para garantizar el crecimiento continuo y el progreso de nuestra especie, esto debe continuar. Los combustibles fósiles son un regalo que nos deja la naturaleza; tardaron miles de millones de años en formarse y, literalmente, representan la forma más cruda de energía química (los combustibles fósiles en este caso se refieren a depósitos de carbón, petróleo crudo o gas natural). Para decirlo de otra manera, la situación con los combustibles fósiles es como sacar energía libre del suelo. Los componentes de estos combustibles fósiles son los hidrocarburos; También son valiosos como materia prima para la síntesis química. De hecho, la declaración repetida de Mendeleev de que “usar el petróleo como combustible es como encender un horno con billetes” todavía suena cierto hoy en día. Como nos hemos acostumbrado al uso de hidrocarburos como fuente de energía, debemos buscar dentro de esa clase una fuente de energía alternativa y sostenible. Los compuestos C1 y C2 (hidrocarburos con 1 o 2 carbonos, respectivamente) son los candidatos ideales, ya que pueden hacerse con el mínimo esfuerzo a través de las tecnologías actuales. Sin embargo, el etanol (el prototipo del compuesto C2) se encontró con un fracaso absoluto después de los experimentos del gobierno con la promoción del etanol “bio-basado”. Desviar cultivos alimenticios para otros fines nunca es una buena idea. Por lo tanto, de los compuestos C1, el metanol es el más prometedor, si no el mejor.
El metanol es un líquido a temperatura y presión ambiente, y tiene un punto de ebullición conveniente (65 ° C). La infraestructura existente para el transporte de hidrocarburos alcano se puede utilizar para metanol con pequeñas modificaciones. De hecho, durante mucho tiempo, California usó una mezcla de metanol y gasolina para automóviles (esto fue descontinuado en los años 80 por alguna razón); esto se llamaba “M85”. El metanol tiene una muy buena densidad de energía, aunque no tan alta como la gasolina a base de octano. Para aquellos interesados ​​en los combustibles de hidrógeno, el metanol también tiene una densidad de hidrógeno mucho mayor que el hidrógeno líquido. Esto se debe simplemente a la densidad extremadamente baja de hidrógeno líquido y al hecho de que 1 mol de metanol contiene 4 moles de hidrógeno.
Los críticos de la economía del metanol a menudo citan la toxicidad del metanol como un problema potencial. ¡Pero descuidan el hecho de que la gasolina también es muy tóxica! Sin embargo, esto se ve compensado por otros factores, como su biodegradación en el medio ambiente y el hecho de que los incendios de metanol se pueden extinguir con agua corriente. Además, el metanol es miscible con agua en todas las proporciones, lo que lo hace mucho más fácil de manejar. De hecho, el metanol se usa como combustible de elección en Indianapolis 500 por estas razones de seguridad. Se quema con una llama invisible, lo que representa menos problemas para los conductores debido a la obstrucción visible debido al humo y al fuego.
Por supuesto, hay desafíos para que este sistema despegue. La materia prima renovable más ideal para la síntesis de metanol (un compuesto C1) es el dióxido de carbono (otro compuesto C1). Los niveles de CO2 han aumentado últimamente (de 350 ppm en la década de 1950 a más de 400 ppm ahora), y esto tiene implicaciones importantes para el calentamiento global y el cambio climático. El uso de CO2 como materia prima de carbono contribuiría en gran medida a mitigar esta situación. Por supuesto, la reducción selectiva de CO2 a metanol es muy difícil (por lo general, las mezclas de compuestos C1, como el ácido fórmico, el formaldehído, el metanol y el metano), así como la oxidación selectiva de metano a metanol es muy difícil. De hecho, en una nota al margen, ¡una de las pocas condiciones experimentales comprobadas para la oxidación selectiva de metano a metanol está en medios superácidos! El metanol, una vez formado, se protona inmediatamente en el medio para formar el ion metiloxonio, evitando una mayor oxidación. Por supuesto, esto sigue siendo un tema de curiosidad académica, ya que manejar grandes cantidades de ácidos altamente corrosivos a escala no es trivial. Hay otros grupos que continúan esta línea de investigación, incluido el de Roy Perianaat Scripps Florida, pero el éxito ha sido en gran medida muy limitado.
A pesar de que siempre escuchamos sobre el aumento continuo de los niveles de CO2, ¡debemos tener en cuenta que el CO2 sigue siendo un gas traza en nuestra atmósfera! 400 ppm es solo 0.04%, después de todo. Para aquellos que no saben, el aire seco contiene aproximadamente (en volumen) 78.09% de nitrógeno, 20.95% de oxígeno, 0.93% de argón, 0.039% de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de otros gases. El aire también contiene una cantidad variable de vapor de agua, en promedio alrededor del 1% (crédito a wikipedia). La separación barata y a gran escala de dióxido de carbono, un gas traza en la atmósfera, sigue siendo un gran desafío. Actualmente, el CO2 se separa del aire por medios criogénicos, aunque esto todavía es bastante costoso si se quiere considerar el CO2 como material de partida para la síntesis química. Algunas personas de mi laboratorio de doctorado han dado pasos prometedores en esta dirección, creando adsorbentes más baratos para la separación selectiva de dióxido de carbono del aire. Vea este documento.
Esta es solo una pequeña descripción de la economía del metanol. No soy un experto en esta área, pero tengo cierto conocimiento de este campo ya que he leído mucho sobre el tema y he trabajado con personas que están investigando en esta área. Aquellos que estén interesados ​​y deseen leer más, primero deben consultar este documento y, si tienen más interés, este libro.