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La producción sostenible de materiales químicos de base utilizando CO₂ como fuente de carbono es el objetivo del proyecto "PKat4Chem".
Los socios del proyecto pretenden seguir desarrollando el proceso de catálisis de plasma a baja temperatura para que los gases producidos a partir de biomasa puedan convertirse en metanol o etileno en un proceso de una sola etapa. El Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas IMWS de Alemania aporta su experiencia en el análisis de los materiales utilizados. El planteamiento promete una gran eficacia y flexibilidad.
Producir productos químicos de base sin consumir materias primas fósiles ni generar emisiones de CO₂ es una de las tareas más importantes para alcanzar los objetivos climáticos. Estos productos químicos de base, que se producen en enormes cantidades, son materiales de partida para muchos otros productos industriales y cotidianos, como plásticos, fertilizantes y combustibles.
Las tecnologías Power-to-X son un enfoque muy eficaz para la producción sostenible de productos químicos básicos orgánicos como el etileno, el metanol o el estireno: en este caso, se utiliza electricidad procedente de energías renovables.
El hidrógeno necesario para los compuestos químicos también puede producirse sin emisiones mediante electrólisis. Si se utiliza CO₂ como fuente de carbono, se puede cerrar el ciclo del carbono e incluso eliminar de la atmósfera gases de efecto invernadero ya emitidos.
El proyecto "PKat4Chem" se centra en la conversión y, por tanto, utilización del CO₂ para la producción de materiales químicos de base. El consorcio se centra en la catálisis por plasma a baja temperatura (catálisis LTP). Con esta tecnología, los gases producidos a partir de la biomasa, como el metano (CH4) en combinación con el CO₂ , se activarán con gran eficacia mediante plasma y se convertirán en materiales químicos de base, como el metanol (CH3OH) o el etileno (C2H4), utilizando catalizadores adecuados en un proceso de una sola etapa.
El proyecto se centra en los reactores de catálisis LTP porque pueden alcanzar eficiencias muy elevadas de hasta el 95%. También ofrecen la ventaja de una escalabilidad sencilla y unos costes de inversión y funcionamiento más bajos. Esto permite un proceso potencial llave en mano que puede activarse y desactivarse de forma dinámica y en función de la demanda.
El objetivo del proyecto, que se prolongará hasta finales de 2027, es desarrollar un nuevo tipo de cadena de procesos. La atención se centra en el desarrollo de una unidad de módulo de reactor de catálisis LTP para la síntesis de metanol o etileno. Esto se validará en pruebas de campo en un demostrador en una planta de biogás existente.
En el proyecto, el Fraunhofer IMWS es responsable de la caracterización microestructural del material de electrodo patentado y de los catalizadores correspondientes. Los materiales se analizan en cuanto a su microestructura mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), y las distribuciones de elementos se examinan mediante espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDXS). Además, la investigación de los cambios materiales cerca de la superficie debido al efecto de la catálisis LTP utilizando espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (ToF-SIMS), a la vanguardia de las investigaciones del equipo Fraunhofer.
"Para comprender los procesos en el electrodo, también queremos investigar las propiedades fundamentales mediante análisis térmico y aclarar los procesos redox en las distintas interfaces de los materiales implicados mediante espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS). Esto permitiría desarrollar materiales ´a la vista´", explica Christian Thieme, que dirige el proyecto en Fraunhofer IMWS. "El planteamiento ofrece numerosas ventajas, desde una gran flexibilidad y una aplicación descentralizada hasta la posibilidad de utilizar realmente el biogás por completo y eliminarlas emisiones de CO₂ relacionadas con el proceso. Por último, pero no por ello menos importante, también nos motiva el hecho de que existe una enorme demanda de productos químicos de base sostenibles, tanto para la industria química como, a largo plazo, para el sector del transporte."
Además del coordinador del proyecto, enaDyne GmbH, EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH, Arcanum Energy Systems GmbH & Co KG, HTWK Leipzig, TU Bergakademie Freiberg, la Universidad de Leipzig, la Universidad del Ruhr de Bochum y Fraunhofer IMWS también participan en el proyecto "PKat4Chem".
El proyecto se financia dentro del programa de investigación energética del Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima (BMWK) de Alemania.
