La transición energética es un gran desafío en la lucha contra el calentamiento global. El reciclaje de parte de la dióxido de carbono (El dióxido de carbono, comúnmente conocido como dióxido de carbono o dióxido de carbono, es un…) (CO2) emitido por las actividades humanas constituye una de las soluciones con el desarrollo de las energías renovables, laeficiencia energética (En física e ingeniería mecánica, la eficiencia energética (o…), la sobriedad, o incluso el almacenamiento de CO2. Esta cuestión ecológica motivó a Edmond Baratte a realizar una tesis en el Laboratoire de física del plasma (La física del plasma es la rama de la física que estudia las propiedades,…) (LPP*): “Quería aprender más sobre el CO2 y las formas de reciclarlo, no solo en los aspectos científicos fundamentales, sino que luego podría conducir a un producto con valor agregado”.
Tras su trabajo de tesis, la Sociedad Paris-Saclay Technology Transfer Acceleration (SATT) le acaba de conceder una financiación de 115.000 euros durante 14 meses para mejorar un prototipo que permite convertir una mezcla de CO2 y dihidrógeno (El dihidrógeno es la forma molecular del elemento hidrógeno, que existe…) (H2) a metano (CH4). Esta última molécula es la de gas natural (El gas natural es un combustible fósil, es una mezcla de hidrocarburos presente…), muy utilizado para la calefacción por ejemplo. Este proceso de metanización -que difiere del digestión anaeróbica (La digestión anaeróbica es el proceso biológico natural de degradación de materiales…)que también forma metano a partir de descomposición (En biología, la descomposición es el proceso por el cual los cuerpos organizados, ya sean…) de residuos – reduce el uso de recursos fósiles si el H2 también se produce con una huella de carbono baja, por ejemplo electrólisis (En la industria química, la electrólisis es un método de separación de elementos o…) agua por ejemplo.
Un depósito de energía dirigido
En la actualidad, la metanización es poco utilizada a escala industrial. Algunas demostraciones han sido ejecutados. “El método principal consiste en calentar y comprimir una mezcla de CO2 y H2, pero esto requiere mucha energía”, subraya Edmond Baratte. La idea del enfoque de plasma consiste en hacer un depósito de energía dirigido sobre las moléculas para desencadenar la reacción. sin desperdiciar demasiada energía en calor”.
Los plasmas representan un estado de la materia en el que los electrones son despojados de los átomos con los que normalmente están asociados. Cuando el temperatura (La temperatura es una cantidad física medida con un termómetro y…) el gas permanece bajo, como es el caso aquí, hablamos de plasmas “fríos”. Este es uno de los campos en los que la LPP es experta, en particular Olivier Guaitella, director de tesis (Al investigador que supervisa el trabajo de un estudiante de doctorado se le llama director de tesis (en femenino,…) por Edmond Baratte, quien ha estado estudiando los plasmas de CO2 durante varios años. El plasma se crea aplicando un campo eléctrico (En física, un campo eléctrico es un campo creado por partículas…) que acelera los electrones. Estos chocan muchas veces con las moléculas de CO2, que almacenan esta energía, particularmente en forma de vibración. Este excedente hace que el CO2 sea más reactivo y por tanto más fácil de disociar.
Durante su tesis, Edmond Baratte investigó los mecanismos fundamentales del reciclaje conjunto de CO2 y CH4 por plasma. “Estos plasmas son interesantes pero también difíciles de analizar porque pueden ocurrir varios caminos de reacción química, a veces en paralelo. Después de los primeros experimentos, esperábamos poder entender directamente lo que estaba sucediendo en el plasma, ¡pero resultó más complicado!” explica el joven investigador. En colaboración con IST Lisboa, ha desarrollado y validado un modelo numérico que predice las rutas de reacción, es decir, cómo se disocian y se vuelven a ensamblar las moléculas.
Comprobación de la eficiencia a escala industrial
En el proyecto “Ciclos” financiado por el SATT, ya no se trata de partir de una mezcla de CO2 y CH4, sino de una mezcla de CO2 y H2. Sin embargo, la química sigue siendo estrecha y su trabajo de tesis servirá para entender este nuevo caso. “Con el aumento de los precios del gas natural desde la guerra en Ucrania, en mi opinión ya no es económicamente relevante utilizar metano como insumo”, confiesa Edmond Baratte. El objetivo será demostrar la eficacia de la metanización por plasma de descarga de radiofrecuencia, con volúmenes de CO2 tratados del orden de m3 por día, compatibles con la escala industrial. El objetivo también es probar condiciones similares a las de la salida de la chimenea de una fábrica, donde la mezcla de gases nunca es pura, sino que también contiene nitrógeno, por ejemplo.
Gracias a un proyecto de premaduración en el Institut polytechnique de Paris realizado en paralelo a su tesis, Edmond Baratte ya ha podido sentar las primeras bases con un prototipo de reactor de plasma. Entre los retos que aún habrá que superar, estará el de encontrar los mejores catalizadores metálicos posibles para reducir la energía necesaria para desencadenar la metanación. Será entonces de gran utilidad el trabajo realizado por otra estudiante de doctorado de la LPP, Carolina García Soto, sobre las interacciones entre plasmas y superficies. “También probaré el uso de una fuente innovadora para crear plasmas con nuevas propiedades. Así que hay un interés puro científico (Un científico es una persona que se dedica al estudio de una ciencia o ciencias y que…) al proyecto más allá de la aplicación industrial”, añade el físico que, por tanto, podrá trabajar en este tema al menos un año más en la LPP, cuyaatmósfera (La palabra atmósfera puede tener varios significados 🙂. Si tiene éxito, planea fundar una nueva empresa o transferir tecnología a un posible socio industrial.
Nota:
*LPP: una unidad de investigación conjunta CNRS, Observatorio Paris-PSL, Universidad de la Sorbona, Universidad Paris-Saclay, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, Francia.
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