CCUS (Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono) es una industria que emerge rápidamente preparada para 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 CCUS crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de 49.7% entre 2022 y 2030. Para 2030, se proyecta que los ingresos del mercado alcancen los $42,48 mil millones y, para 2034, podrían alcanzar un máximo de $45,21 mil millones.
La UTILIZACIÓN DEL CO2 capturado para productos de alto valor es un paso clave para mejorar el valor del CO2. Los polímeros, que son productos de alto valor, pueden sintetizarse a partir de CO2 a través de procesos catalíticos o de otro tipo, agregando valor a la cadena de suministro de CO2 y creando vías ambientalmente sostenibles.
El siguiente diagrama resume algunas de las rutas de conversión de CO2-to-polymer más prometedoras:
Conversión catalítica
La catálisis de CO2 con extractos genera intermedios que eventualmente pueden formar polímeros como poliésteres, poliureas y poliuretanos no Isocianato (NIPU).
El CO2 y los epóxidos (por ejemplo, óxido de etileno, óxido de propileno) experimentan reacciones de polimerización en presencia de catalizadores, dando como resultado 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 de Fischer-Tropsch, conduce a poliolefinas. Las poliolefinas son polímeros ampliamente utilizados, incluyendo polietileno (PE) y polipropileno.
Ruta de la hidrogenación
El CO2 y el hidrógeno (H2) reaccionan a través de una serie de etapas de hidrogenación para producir metanol, que luego se puede convertir en olefinas (e.g., etileno, propileno) a través de la tecnología de metanol a olefinas (MTO), lo que conduce a la síntesis de poliolefina.
El CO2 y el hidrógeno (H2) a través de reacciones electroquímicas pueden producir etilenglicol (MEG), etileno y ácido cianhídrico, que además se pueden sintetizar en polímeros como el polimetacrilato de metilo (PMMA), tereftalato de polietileno (PET), furanoato de polietileno (PEF) y polietileno (PE). Esta ruta es eficiente, respetuosa con el medio ambiente y una importante dirección futura para la conversión CO2-to-polymer.
Fermentación
El CO2 y el hidrógeno verde a través de la fermentación pueden producir intermedios como ácido láctico, ácido succínico, ácido adípico, etanol, butanol, isobutanol y otros, que se pueden sintetizar adicionalmente en biopolímeros biodegradables como Polihidroxialcanoatos (PHA), ácido poliláctico (PLA) y polibutileno succinato (PBS). Estos materiales tienen amplias perspectivas de aplicación.
Estas rutas resumidas demuestran múltiples posibilidades para convertir CO2 en polímeros. Estas vías no solo son teóricamente factibles, sino que también han logrado algunos avances en la investigación experimental y la aplicación industrial. Sin embargo, en la industrialización práctica, se deben considerar factores como la madurez tecnológica, la viabilidad económica, la demanda del mercado y el impacto ambiental. En el futuro, a medida que la tecnología avanza y los costos disminuyen, estas rutas podrían convertirse en vías importantes para la utilización de los recursos de CO2.
Ciertas rutas, como la producción de poliésteres, poliureas y poliuretanos no Isocianato (NIPU), tienen tecnologías relativamente maduras, pero las tasas de conversión directa de CO2 aún pueden ser limitadas.
La producción de polímeros de policarbonato (por ejemplo, carbonato de polipropileno (PPC), carbonato de polietileno (PEC) se está desarrollando rápidamente, aunque se necesitan más investigaciones y optimización para mejorar los rendimientos y reducir los costos.
Las tecnologías electroquímicas y Fischer-Tropsch son prometedoras, pero actualmente se encuentran en las etapas de pruebas industriales de laboratorio o a pequeña escala, lo que requiere más inversión y validación en I + D.
CO2-to-polyol tecnologías han logrado cierto éxito de aplicación industrial. Por ejemplo, algunas empresas han desarrollado conjuntos completos de tecnologías patentadas para CO2-derived Polioles, que van desde catalizadores, procesos de reacción y equipos hasta aplicaciones posteriores, ampliamente utilizadas en poliuretanos, cuero sintético y espumas. A medida que avanza la tecnología, los polioles CO2-derived pueden ver aplicaciones más amplias y un mayor desarrollo.
El CO2 como materia prima tiene la ventaja de ser de bajo costo, ya que es un gas de efecto invernadero ampliamente emitido que se puede capturar y utilizar. Sin embargo, los costos de otras materias primas auxiliares (por ejemplo, hidrógeno, catalizadores, disolventes, biomasa) pueden variar dependiendo de su fuente, precio y suministro de mercado.
Para polímeros producidos por fermentación (e.g., ácido poliláctico (PLA), Polihidroxialcanoatos (PHA), los costes de la materia prima (e.g., azúcares, biomasa) y la eficiencia del proceso de fermentación también impactan en la viabilidad económica.
El tamaño y la tasa de crecimiento de la demanda del mercado afectarán directamente la viabilidad económica de estas tecnologías:
Con la creciente conciencia ambiental y la demanda de desarrollo sostenible, existe una creciente demanda de polímeros biobased y biodegradables, lo que ayuda a impulsar el desarrollo de tecnologías de conversión de CO2-to-polymer.
A medida que se hace evidente el potencial de combustibles bajos en carbono y continúa el impulso mundial para el Desarrollo Sostenible, la demanda del mercado de metanol verde está creciendo constantemente. El metanol verde tiene aplicaciones extensas, que incluyen combustible para automóviles, pilas de combustible, combustible marino y aditivos orgánicos. A medida que avanzan las tecnologías de conversión de CO2 e hidrógeno verde y disminuyen los costos, el metanol verde verá una aplicación cada vez mayor en estos campos, con un crecimiento sostenido de la demanda del mercado.
Las tecnologías de conversión de CO2-to-polymer ayudan a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación plástica y promueven el reciclaje de recursos al tiempo que minimizan la generación de desechos. Sin embargo, algunas rutas pueden producir otros contaminantes o tener posibles impactos ambientales.
Se necesita una evaluación integral del impacto ambiental, junto con las medidas adecuadas para mitigar los efectos negativos.
A pesar de los muchos beneficios ambientales de las tecnologías de conversión de CO2-to-polymer, todavía enfrentan desafíos técnicos. Por ejemplo, mejorar la eficiencia de conversión de CO2 y optimizar el rendimiento de los polímeros para satisfacer las diferentes necesidades de las aplicaciones son áreas clave de enfoque. Sin embargo, con los continuos esfuerzos de las instituciones de investigación y las empresas, estos desafíos técnicos se están abordando gradualmente. En el futuro, a medida que la tecnología continúe avanzando y las aplicaciones se expandan, las tecnologías de conversión de CO2 desempeñarán un papel cada vez más importante en la protección del medio ambiente y el reciclaje de recursos.
En conclusión, las rutas de conversión CO2-to-polymer esbozadas presentan diversos desafíos y oportunidades en términos de viabilidad técnica y viabilidad económica. Para lograr la comercialización de estas tecnologías, se requiere una mayor I + D para optimizar las condiciones del proceso, reducir los costos de producción y mejorar la eficiencia energética, al tiempo que se considera la demanda del mercado y los impactos ambientales. Además, las políticas gubernamentales, el apoyo financiero y la demanda del mercado desempeñarán un papel importante en la configuración del desarrollo de estas tecnologías.
