Los vehículos propulsados por diésel contribuyen significativamente a las emisiones de carbono, lo que hace que el camino hacia la descarbonización sea difícil.
Según datos de la Energy Information Administration de EE.UU., en 2022 el diésel representó aproximadamente el 25% de las emisiones totales de dióxido de carbono del transporte en EE.UU. y alrededor del 10% de las emisiones totales de dióxido de carbono relacionadas con la energía.
Para solucionar este problema, Joshua Yuan, del Departamento de Ingeniería Energética, Medioambiental y Química de la Universidad de Washington, junto con Susie Dai, catedrática MizzouForward de Ingeniería Química y Biomédica de la Universidad de Missouri, han desarrollado un método que utiliza la electrocatálisis para convertir el dióxido de carbono en electrobiodiésel.
Este nuevo proceso es 45 veces más eficiente y requiere 45 veces menos terreno que la producción tradicional de biodiésel a partir de soja.
Los resultados de su trabajo se publican en línea en Joule.
Electrobiodiésel
«Esta novedosa idea puede aplicarse a la economía circular para fabricar combustibles, productos químicos, materiales e ingredientes alimentarios con emisiones negativas con una eficiencia mucho mayor que la fotosíntesis y con menos emisiones de carbono que los productos petroquímicos», afirma Yuan, que comenzó el trabajo con Dai en la Universidad A&M de Texas.
«Hemos abordado sistemáticamente los retos de la electrobiomanufactura identificando los límites metabólicos y bioquímicos del uso del carbono diatómico y los hemos superado».
El equipo utilizó la electrocatálisis, una reacción química iniciada por transferencias de electrones hacia y desde los reactantes en las superficies de los catalizadores, para convertir el dióxido de carbono en productos intermedios biocompatibles, como acetato y etanol.
A continuación, los microbios convirtieron los productos intermedios en lípidos, o ácidos grasos, y finalmente en materia prima para el biodiésel, explicó Yuan, también director del Centro de Investigación en Ingeniería (ERC) de Rediseño de la Utilización del Carbono para la Descarbonización Potenciada por la Biomanufactura (CURB), financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia.
El novedoso proceso microbiano y catalizador desarrollado por Yuan, Dai y sus equipos permitió a su electrobiodiésel alcanzar un 4,5% de eficiencia solar-molécula para convertir el dióxido de carbono en lípidos, lo que es considerablemente más eficiente que el biodiésel.
Yuan explicó que la fotosíntesis natural en las plantas terrestres es normalmente inferior al 1%, donde menos del 1% de la energía de la luz solar se convierte en biomasa al transformar el CO2 en diversas moléculas para el crecimiento de las plantas.
CO2 a combustible
«La cantidad de energía desviada al precursor del biodiésel, el lípido, es aún menor, ya que el lípido tiene una alta intensidad energética», dijo.
«Por el contrario, el proceso de electrobiodiésel puede convertir el 4,5% de la energía solar en lípidos cuando un panel solar produce electricidad para impulsar la electrocatálisis, mucho más que el proceso fotosintético natural».
Para impulsar la electrocatálisis, el equipo diseñó un nuevo catalizador a base de zinc y cobre que produce productos intermedios de carbono diatómico que pueden convertirse en lípidos con una cepa modificada de la bacteria Rhodococcus jostiii (RHA1), conocida por su alto contenido en lípidos.
Esta cepa también aumentó el potencial metabólico del etanol, que podría ayudar a impulsar la conversión de acetato, un intermediario, en ácido graso.
Tras desarrollar el novedoso proceso, el equipo analizó su impacto en el cambio climático y halló resultados alentadores.
Al utilizar recursos renovables para la electrocatálisis, el proceso de electrobiodiésel podría reducir 1,57 gramos de dióxido de carbono por gramo de electrobiodiésel producido con los subproductos de la biomasa, el etileno y otros, lo que le confiere un potencial de emisiones negativas.
En cambio, la producción convencional de diésel a partir del petróleo produce 0,52 gramos de dióxido de carbono por gramo, y los métodos de producción de biodiésel producen entre 2,5 y 9,9 gramos de dióxido de carbono por gramo de lípidos producidos.
«Esta investigación demuestra el concepto de una amplia plataforma para la conversión altamente eficiente de energía renovable en productos químicos, combustibles y materiales para hacer frente a los límites fundamentales de la civilización humana», dijo Yuan.
«Este proceso podría aliviar la escasez de materia prima de biodiésel y transformar la fabricación de combustibles renovables, productos químicos y materiales en sentido amplio, logrando la independencia de los combustibles fósiles en los sectores que dependen de ellos, como los vehículos pesados de largo alcance y los aviones».
