CCUS es una industria emergente que jugará un papel clave en las estrategias de descarbonización corporativa. Según la consultora de crecimiento global Sullivan, se espera que el mercado CCUS crezca significativamente a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de 49.7% de 2022 a 2030. Para 2030, se proyecta que los ingresos alcancen los $42,48 mil millones y, para 2034, los ingresos pueden alcanzar un máximo de $45,21 mil millones.
La Utilización de alto valor del CO2 después de la captura es un paso crucial para mejorar el valor del CO2. Los polímeros son productos de alto valor, y el proceso de conversión de CO2 en polímeros de alto peso molecular a través de catalizadores u otros medios agrega valor a la cadena de suministro de CO2, la creación de un camino de desarrollo sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
El siguiente diagrama resume las vías CO2-to-polymer más prometedoras:
1. conversión catalítica
• El CO2 Se hace reaccionar catalíticamente con extractos para producir productos intermedios, generando eventualmente polímeros como poliésteres, poliureas y poliuretanos no Isocianato (NIPU).
• El CO2 reacciona con epóxidos (tales como óxido de etileno, óxido de propileno, etc.) bajo la acción de catalizadores para someterse a polimerización, dando como resultado policarbonatos alifáticos o carbonatos de polialquileno (PAC).
• El CO2 reacciona con epóxidos o alcoholes para sintetizar catalíticamente Polioles, que al reaccionar con isocianatos pueden formar poliuretanos.
• El CO2 y el H2 se convierten catalíticamente en gas de síntesis, que se transforma aún más en poliolefinas a través de la síntesis de Fischer-Tropsch. Las poliolefinas son polímeros ampliamente utilizados, incluyendo polietileno (PE) y polipropileno.
2. Vía de la hidrogenación
• El CO2 reacciona con el hidrógeno (H2) a través de una serie de pasos de hidrogenación para producir metanol, que luego se puede convertir en olefinas (como etileno y propileno) utilizando la tecnología de metanol a olefinas (MTO). Estas olefinas pueden además polimerizar en poliolefinas.
• El CO2 reacciona con el hidrógeno (H2) mediante reacciones electroquímicas para producir etilenglicol (MEG), etileno, cianuro de hidrógeno y otros productos, que luego se puede usar para sintetizar polimetacrilato de metilo (PMMA), tereftalato de polietileno (PET), furanoato de polietileno (PEF), polietileno (PE) y otros. Esta vía es eficiente y respetuosa con el medio ambiente, lo que la convierte en una de las direcciones clave para la futura conversión de CO2 en polímeros.
3. Fermentación Pathway
• El CO2 y el hidrógeno verde pueden someterse a fermentación para producir intermedios como ácido láctico, ácido succínico, ácido adípico, etanol, butanol, isobutanol y otros. Estos luego se pueden sintetizar adicionalmente en materiales biodegradables de base biológica como ésteres de polihidroxialcanoato (PHA), ácido poliláctico (PLA) y succinato de polibutileno (PBS), que tienen amplias perspectivas de aplicación.
Las vías resumidas anteriormente demuestran las diversas posibilidades para convertir CO2 en polímeros. Estas vías no solo son teóricamente factibles, sino que también han logrado un progreso significativo en la investigación experimental y las aplicaciones industriales. Sin embargo, en el proceso de industrialización real, factores como la madurez tecnológica, la viabilidad económica, la demanda del mercado y el impacto ambiental deben considerarse de manera integral. En el futuro, con continuos avances tecnológicos y reducciones de costos, se espera que estas vías se conviertan en rutas importantes para realizar la utilización de recursos del CO2.
• Algunas vías, como la producción de poliésteres, poliureas y poliuretanos no Isocianato (NIPU), ya tienen tecnologías relativamente maduras. Sin embargo, las tasas de conversión directamente del CO2 aún pueden ser limitadas.
• La tecnología de producción de polímeros a base de policarbonato (como Carbonato de polipropileno (PPC) y carbonato de polietileno (PEC) se está desarrollando rápidamente, pero aún requiere más investigación y optimización para mejorar los rendimientos y reducir los costos.
• Las tecnologías como las reacciones electroquímicas y la síntesis de Fischer-Tropsch tienen potencial, pero aún se encuentran en las etapas de pruebas industriales de laboratorio o a pequeña escala y necesitan más investigación, inversión en desarrollo y validación.
• Actualmente, CO2-based tecnologías de producción de poliol han logrado algunos resultados de aplicación industrial. Por ejemplo, algunas empresas han desarrollado con éxito un conjunto completo de productos de poliol CO2-based con propiedad intelectual patentada, incluidos catalizadores, procesos de reacción, equipos de reacción y aplicaciones posteriores. Estos productos son ampliamente utilizados en poliuretano, cuero sintético y espuma INdorry. En el futuro, con continuos avances e innovaciones tecnológicas, se espera que la vía de producción de poliol CO2-based vea aplicaciones más amplias y un mayor desarrollo.
El CO2 tiene la ventaja de ser una materia prima 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 (como hidrógeno, catalizadores, disolventes, biomasa, etc.) pueden variar según sus fuentes, precios y condiciones de suministro del mercado.
Para los polímeros que requieren Producción de fermentación (como ácido poliláctico (PLA) y ésteres de polihidroxialcanoato (PHA), la materia prima cuesta (como azúcares, biomasa, etc.) y la eficiencia del proceso de fermentación también afectará su 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 de la protección del medio ambiente y la creciente demanda de desarrollo sostenible, la demanda de polímeros biodegradables y de base biológica está creciendo, lo que ayuda a impulsar el desarrollo de CO2-to-polymer tecnologías.
• A medida que el potencial de los combustibles con bajas emisiones de carbono se hace más evidente y la búsqueda mundial de la sostenibilidad continúa, la demanda del mercado de metanol verde está aumentando constantemente. El metanol verde tiene una amplia gama de aplicaciones, que incluyen combustible para automóviles, pilas de combustible, combustible marino, aditivos orgánicos y más. A medida que las tecnologías de conversión de CO2 e hidrógeno verde continúen avanzando y los costos disminuyan, la aplicación de metanol verde en estos campos se generalizará y la demanda del mercado seguirá creciendo.
CO2-to-polymer tecnologías ayudan a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, disminuir la contaminación plástica, promover el reciclaje de recursos y minimizar la generación de residuos. Sin embargo, algunas vías pueden producir otros contaminantes o tener posibles impactos ambientales.
Es necesaria una evaluación integral del impacto ambiental y se deben tomar las medidas adecuadas para mitigar cualquier efecto negativo.
Aunque las CO2-to-polymer tecnologías tienen muchas ventajas ambientales, todavía enfrentan algunos desafíos técnicos. Por ejemplo, mejorar la tasa de conversión de CO2 y optimizar el rendimiento del material de polímero para satisfacer las diversas necesidades de aplicación. Sin embargo, con los continuos esfuerzos de las instituciones de investigación y las empresas, estos desafíos técnicos se están abordando gradualmente. En el futuro, con los avances tecnológicos en curso y las aplicaciones ampliadas, se espera que las CO2-to-polymer tecnologías desempeñen un papel más importante en la protección del medio ambiente y el reciclaje de recursos.
En resumen, las rutas propuestas paraConversión de CO2A polímeros presentan diversos desafíos y oportunidades en términos de viabilidad tecnológica y viabilidad económica. Para lograr la comercialización de estas tecnologías, se necesitan más esfuerzos para fortalecer la investigación y el desarrollo, optimizar las condiciones del proceso, reducir los costos de producción, mejorar la eficiencia energética y considerar cuidadosamente la demanda del mercado y los impactos ambientales. Al mismo tiempo, factores externos como las políticas gubernamentales, el apoyo financiero y la demanda del mercado también jugarán un papel crucial en el desarrollo de estas tecnologías.
