Edmond Baratte, un joven médico del Laboratorio de Física de Plasma, lidera un proyecto que combina tecnologías de plasma para producir metano a partir de dióxido de carbono de la forma más libre de carbono posible. El objetivo es diseñar un prototipo que muestre la efectividad del proceso, con la ayuda del financiamiento de SATT Paris-Saclay.
La transición energética es un gran desafío en la lucha contra el calentamiento global. El reciclaje de parte del dióxido de carbono (El dióxido de carbono, comúnmente llamado dióxido de carbono o anhídrido carbónico, es un…) (CO2) emitido por las actividades humanas constituye una de las soluciones con el desarrollo de las energías renovables, la eficiencia energética (En la física y la ingeniería mecánica, la eficiencia energética (o…), la sobriedad o incluso el almacenamiento de CO2… Esta cuestión ecológica motivó a Edmond Baratte a realizar una tesis en el Laboratorio de física del plasma (La física del plasma es la rama de la física que estudia las propiedades,…) (LPP*): «Quería aprender más sobre el CO2 y los medios para reciclarlo, no solo en los aspectos científicos fundamentales, sino que luego puede conducir a un producto con valor agregado».
Tras su trabajo de tesis, la Sociedad Paris-Saclay Technology Transfer Acceleration (SATT) acaba de concederle una financiación de 115.000 euros durante 14 meses para mejorar un prototipo que permita convertir una mezcla de CO2 y dihidrógeno (Dihidrógeno es la forma molecular de el elemento hidrógeno, que existe…) (H2) a metano (CH4). Esta última molécula es la del gas natural (El gas natural es un combustible fósil, es una mezcla de hidrocarburos presente…), muy utilizado para calefacción por ejemplo. Este proceso de metanización – que difiere de la metanación (La metanización es el proceso biológico natural de degradación de la materia…), que también forma metano a partir de la descomposición (En biología, la descomposición es el proceso por el cual los cuerpos organizados, que…) de residuos – reduce el uso de recursos fósiles si además el H2 se produce con una baja huella de carbono, por electrólisis (En la industria química, la electrólisis es un método de separación de elementos o de…) agua por ejemplo.
Un depósito de energía dirigido
En la actualidad, la metanización es poco utilizada a escala industrial. Se realizaron algunas manifestaciones. «El método principal consiste en calentar y comprimir una mezcla de CO2 y H2, pero esto requiere mucha energía», subraya Edmond Baratte. La idea del enfoque de plasma consiste en hacer un depósito de energía dirigido sobre las moléculas para desencadenar la reacción. sin desperdiciar demasiada energía en calor».
Los plasmas representan un estado de la materia en el que los electrones son despojados de los átomos con los que normalmente están asociados. Cuando la temperatura (La temperatura es una cantidad física medida con un termómetro y…) del gas se mantiene baja, como es el caso aquí, hablamos de plasmas «fríos». Esta es una de las áreas en las que la LPP es experta, en particular Olivier Guaitella, director de tesis (Se llama director de tesis (en femenino, al investigador que supervisa el trabajo de un estudiante de doctorado,…) ‘Edmond Baratte, quien ha estado estudiando los plasmas de CO2 durante varios años. El plasma se crea aplicando un campo eléctrico (en física, un campo eléctrico es un campo creado por partículas…) que acelera los electrones. Muchas veces chocan con las moléculas de CO2, que almacenan este energía, particularmente en forma de vibración. Este excedente hace que el CO2 sea más reactivo y, por lo tanto, más fácil de disociar.
Durante su tesis, Edmond Baratte investigó los mecanismos fundamentales del reciclaje conjunto de CO2 y CH4 por plasma. «Estos plasmas son interesantes pero también difíciles de analizar porque pueden ocurrir varios caminos de reacción química, a veces en paralelo. Después de los primeros experimentos, esperábamos poder entender directamente lo que estaba sucediendo en el plasma, ¡pero resultó más complicado!» explica el joven investigador. En colaboración con IST Lisboa, ha desarrollado y validado un modelo numérico que predice las rutas de reacción, es decir, cómo se disocian y se vuelven a ensamblar las moléculas.
Comprobación de la eficiencia a escala industrial
En el proyecto «Ciclos» financiado por el SATT, ya no se trata de partir de una mezcla de CO2 y CH4, sino de una mezcla de CO2 y H2. Sin embargo, la química sigue siendo estrecha y su trabajo de tesis servirá para entender este nuevo caso. “Con el aumento de los precios del gas natural desde la guerra en Ucrania, en mi opinión ya no es económicamente relevante utilizar metano como insumo”, confiesa Edmond Baratte. El objetivo será demostrar la eficacia de la metanización por plasma de descarga de radiofrecuencia, con volúmenes de CO2 tratados del orden de m3 por día, compatibles con la escala industrial. El objetivo es también probar condiciones similares a las de la salida de la chimenea de una fábrica, donde la mezcla de gases nunca es pura, sino que también contiene nitrógeno, por ejemplo.
Gracias a un proyecto de premaduración en el Institut polytechnique de Paris realizado en paralelo a su tesis, Edmond Baratte ya ha podido sentar las primeras bases con un prototipo de reactor de plasma. Entre los retos que aún habrá que superar, estará el de encontrar los mejores catalizadores metálicos posibles para reducir la energía necesaria para desencadenar la metanación. Será entonces de gran utilidad el trabajo realizado por otra estudiante de doctorado de la LPP, Carolina García Soto, sobre las interacciones entre plasmas y superficies. “También probaré el uso de una fuente innovadora para crear plasmas con nuevas propiedades. Entonces hay un interés puramente científico (Un científico es una persona que se dedica al estudio de una ciencia o ciencias y que…) a la proyecto más allá de la aplicación industrial”, añade el físico que, por lo tanto, podrá trabajar este tema al menos un año más en la LPP, cuyo ambiente valora (La palabra ambiente puede tener varios significados: ). Si tiene éxito, planea fundar una nueva empresa o transferir tecnología a un posible socio industrial.
Nota:
*LPP: una unidad de investigación conjunta CNRS, Observatorio Paris-PSL, Universidad de la Sorbona, Universidad Paris-Saclay, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, Francia.
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