La captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS, por sus siglas en inglés) es un sector emergente que está llamado a desempeñar un papel fundamental en las estrategias de descarbonización de las empresas. Según la consultora de crecimiento global Frost & Sullivan, se espera que el mercado de CCUS crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de 49,7% entre 2022 y 2030. Para 2030, se prevé que los ingresos del mercado alcancen los 1.044.480 millones de PTT, y para 2034, podrían alcanzar un máximo de 1.044.210 millones de PTT.
La utilización del CO2 capturado para productos de alto valor es un paso clave para aumentar el valor del CO2. Los polímeros, al ser productos de alto valor, pueden sintetizarse a partir del CO2 mediante procesos catalíticos o de otro tipo, lo que añade valor a la cadena de suministro de CO2 y crea vías sostenibles desde el punto de vista medioambiental.
El siguiente diagrama resume algunas de las rutas de conversión de CO2 en polímeros más prometedoras:
I. Resumen de la ruta clave
Conversión catalítica
La catálisis del CO2 con extractos genera productos intermedios que pueden acabar formando polímeros como poliésteres, poliureas y poliuretanos sin isocianato (NIPU).
El CO2 y los epóxidos (por ejemplo, óxido de etileno, óxido de propileno) sufren reacciones de polimerización en presencia de catalizadores, dando lugar a policarbonatos alifáticos o carbonatos de polialquileno (PAC).
El CO2 con epóxidos o alcoholes cataliza la síntesis de polioles, que luego pueden combinarse con isocianatos para formar poliuretanos.
La conversión catalítica de CO2 y H2 en gas de síntesis, seguida de la reacción Fischer-Tropsch, da lugar a poliolefinas. Las poliolefinas son polímeros muy utilizados, como el polietileno (PE) y el polipropileno.
Ruta de hidrogenación
El CO2 y el hidrógeno (H2) reaccionan a través de una serie de pasos de hidrogenación para producir metanol, que luego puede convertirse en olefinas (por ejemplo, etileno, propileno) a través de la tecnología de metanol a olefinas (MTO), lo que lleva a la síntesis de poliolefinas.
Mediante reacciones electroquímicas, el CO2 y el hidrógeno (H2) pueden producir etilenglicol (MEG), etileno y ácido cianhídrico, que a su vez pueden sintetizarse en polímeros como el polimetacrilato de metilo (PMMA), el tereftalato de polietileno (PET), el furanoato de polietileno (PEF) y el polietileno (PE). Esta ruta es eficaz, respetuosa con el medio ambiente e importante para el futuro de la conversión de CO2 en polímeros.
Fermentación
El CO2 y el hidrógeno verde a través de la fermentación pueden producir productos intermedios como ácido láctico, ácido succínico, ácido adípico, etanol, butanol, isobutanol y otros, que pueden sintetizarse posteriormente en biopolímeros biodegradables como polihidroxialcanoatos (PHA), ácido poliláctico (PLA) y succinato de polibutileno (PBS). Estos materiales tienen amplias perspectivas de aplicación.
Estas rutas resumidas demuestran las múltiples posibilidades de convertir el CO2 en polímeros. Estas vías no sólo son teóricamente viables, sino que también han avanzado en la investigación experimental y la aplicación industrial. Sin embargo, en la industrialización práctica hay que tener en cuenta factores como la madurez de la tecnología, la viabilidad económica, la demanda del mercado y el impacto medioambiental. En el futuro, a medida que la tecnología avance y los costes disminuyan, estas rutas podrían convertirse en vías importantes para la utilización de los recursos de CO2.
II. Madurez tecnológica de las rutas clave
Ciertas rutas, como la producción de poliésteres, poliureas y poliuretanos sin isocianato (NIPU), cuentan con tecnologías relativamente maduras, pero los índices de conversión directa a partir de CO2 pueden ser aún limitados.
La producción de polímeros de policarbonato (por ejemplo, carbonato de polipropileno (PPC), carbonato de polietileno (PEC)) se está desarrollando rápidamente, aunque es necesario seguir investigando y optimizando para mejorar los rendimientos y reducir los costes.
Las tecnologías electroquímica y Fischer-Tropsch son prometedoras, pero se encuentran actualmente en fase de pruebas de laboratorio o industriales a pequeña escala, por lo que requieren más inversión en I+D y validación.
Las tecnologías de conversión de CO2 en polioles han logrado cierto éxito en las aplicaciones industriales. Por ejemplo, algunas empresas han desarrollado conjuntos completos de tecnologías propias para polioles derivados del CO2, desde catalizadores, procesos de reacción y equipos hasta aplicaciones posteriores, ampliamente utilizadas en poliuretanos, cuero sintético y espumas. A medida que avance la tecnología, los polioles derivados del CO2 podrán tener aplicaciones más amplias y un mayor desarrollo.
III. Costes de las materias primas
El CO2 como materia prima tiene la ventaja de su bajo coste, ya que es un gas de efecto invernadero ampliamente emitido que puede capturarse y utilizarse. Sin embargo, los costes de otras materias primas auxiliares (por ejemplo, hidrógeno, catalizadores, disolventes o biomasa) pueden variar en función de su origen, precio y oferta en el mercado.
En el caso de los polímeros producidos por fermentación (por ejemplo, ácido poliláctico (PLA), polihidroxialcanoatos (PHA)), los costes de las materias primas (por ejemplo, azúcares, biomasa) y la eficiencia del proceso de fermentación también influyen en la viabilidad económica.
IV. Demanda del mercado
El tamaño y la tasa de crecimiento de la demanda del mercado afectarán directamente a la viabilidad económica de estas tecnologías:
Con la creciente concienciación medioambiental y la exigencia de un desarrollo sostenible, hay una demanda cada vez mayor de polímeros biodegradables y de base biológica, lo que contribuye a impulsar el desarrollo de tecnologías de conversión de CO2 en polímeros.
A medida que se hace patente el potencial de los combustibles con bajas emisiones de carbono y continúa el impulso mundial en favor del desarrollo sostenible, la demanda de metanol verde en el mercado no deja de crecer. El metanol verde tiene amplias aplicaciones, como combustible de automoción, pilas de combustible, combustible marino y aditivos orgánicos. A medida que avancen las tecnologías de conversión de CO2 y de hidrógeno verde y disminuyan los costes, el metanol verde tendrá cada vez más aplicaciones en estos campos, con un crecimiento sostenido de la demanda del mercado.
V. Impacto medioambiental
Las tecnologías de conversión de CO2 en polímeros ayudan a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación por plásticos, y promueven el reciclado de recursos al tiempo que minimizan la generación de residuos. Sin embargo, algunas rutas pueden producir otros contaminantes o tener posibles impactos ambientales.
Es necesaria una evaluación exhaustiva del impacto ambiental, junto con medidas adecuadas para mitigar los efectos negativos.
A pesar de las numerosas ventajas medioambientales de las tecnologías de conversión de CO2 en polímeros, éstas siguen enfrentándose a retos técnicos. Por ejemplo, la mejora de la eficiencia de conversión del CO2 y la optimización del rendimiento de los polímeros para satisfacer las diferentes necesidades de aplicación son áreas clave de atención. Sin embargo, gracias a los continuos esfuerzos de instituciones de investigación y empresas, estos retos técnicos se están abordando gradualmente. En el futuro, a medida que la tecnología siga avanzando y las aplicaciones se amplíen, las tecnologías de conversión de CO2 desempeñarán un papel cada vez más importante en la protección del medio ambiente y el reciclaje de recursos.
Conclusión
En conclusión, las rutas esbozadas de conversión de CO2 en polímeros presentan diversos retos y oportunidades en términos de viabilidad técnica y económica. Para lograr la comercialización de estas tecnologías, se requiere más I+D para optimizar las condiciones del proceso, reducir los costes de producción y mejorar la eficiencia energética, teniendo en cuenta al mismo tiempo la demanda del mercado y las repercusiones medioambientales. Además, las políticas gubernamentales, la financiación y la demanda del mercado desempeñarán un papel importante en el desarrollo de estas tecnologías.
