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Ahora, en un artículo publicado en la revista Joule, Ung Lee y sus colegas informan sobre un estudio de una planta piloto para la hidrogenación de dióxido de carbono para producir ácido fórmico (K. Kim et al., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01 ). 003;2024). Este estudio demuestra la optimización de varios elementos clave del proceso de fabricación. A nivel del reactor, la consideración de propiedades clave del catalizador, como la eficiencia catalítica, la morfología, la solubilidad en agua, la estabilidad térmica y la disponibilidad de recursos a gran escala, puede ayudar a mejorar el rendimiento del reactor manteniendo bajas las cantidades de materia prima requeridas. Aquí, los autores utilizaron un catalizador de rutenio (Ru) soportado en una estructura mixta covalente de triazina bipiridil-tereftalonitrilo (denominada Ru/bpyTNCTF). Optimizaron la selección de pares de aminas adecuados para la captura y conversión eficiente de CO2, seleccionando N-metilpirrolidina (NMPI) como amina reactiva para capturar CO2 y promover la reacción de hidrogenación para formar formato, y N-butil-N-imidazol (NBIM) para servir como amina reactiva. Habiendo aislado la amina, el formato puede aislarse para la producción posterior de FA a través de la formación de un aducto trans. Además, mejoraron las condiciones de operación del reactor en términos de temperatura, presión y relación H2/CO2 para maximizar la conversión de CO2. En términos de diseño de proceso, desarrollaron un dispositivo que consiste en un reactor de lecho percolador y tres columnas de destilación continua. El bicarbonato residual se destila en la primera columna; NBIM se prepara formando un aducto trans en la segunda columna; el producto FA se obtiene en la tercera columna; La elección del material para el reactor y la torre también se consideró cuidadosamente, seleccionándose acero inoxidable (SUS316L) para la mayoría de los componentes y un material comercial a base de circonio (Zr702) para la tercera torre con el fin de reducir la corrosión del reactor debido a su resistencia a la corrosión del conjunto de combustible, y el costo es relativamente bajo.
Tras optimizar minuciosamente el proceso de producción —seleccionando la materia prima ideal, diseñando un reactor de lecho percolador y tres columnas de destilación continua, eligiendo cuidadosamente los materiales para el cuerpo de la columna y el relleno interno para reducir la corrosión, y ajustando con precisión las condiciones de operación del reactor—, los autores demuestran que se ha construido una planta piloto con una capacidad diaria de 10 kg de combustible ensamblado, capaz de mantener una operación estable durante más de 100 horas. Mediante un análisis exhaustivo de viabilidad y ciclo de vida, la planta piloto redujo los costos en un 37 % y el potencial de calentamiento global en un 42 % en comparación con los procesos tradicionales de producción de combustible ensamblado. Además, la eficiencia global del proceso alcanza el 21 %, y su eficiencia energética es comparable a la de los vehículos de pila de combustible alimentados con hidrógeno.
Qiao, M. Producción piloto de ácido fórmico a partir de dióxido de carbono hidrogenado. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2