Actualmente, uno de los principales objetivos de la comunidad científica reside en la investigación y desarrollo de procesos de bajo impacto medioambiental para avanzar hacia una sociedad más sostenible, conseguir reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera y aprovechar de forma más eficiente los recursos naturales del planeta.

Los gases de efecto invernadero se generan en su mayor parte debido al uso de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo o el gas natural. El principal componente de los gases de efecto invernadero es el dióxido de carbono, y por ello se están realizando grandes esfuerzos para reducir la huella de carbono en diferentes tipos de procesos, empleando nuevas fuentes de energías renovables, capturando el CO₂ emitido o transformándolo en productos químicos o fuentes de energía basadas en carbono.

Además del uso de energías renovables, debido a la importancia que tiene en la mayoría de los procesos de la industria química y petroquímica el uso de compuestos hidrocarburos, resulta de gran interés el estudio de métodos de captura y transformación del CO₂ en ese tipo de compuestos (Enlace hacia el apartado de Captura y utilización de Carbono, CCU), empleándolo como fuente de carbono.

En este contexto, el objetivo del proyecto consiste en encontrar una alternativa sostenible en cuanto a la conversión de CO₂ se refiere con el fin de reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Este proyecto ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, dentro del Programa Transición Ecológica y Digital, con ref: TED2021-131143B-I00.

Para ello, se pretende convertir el CO₂ en metanol mediante su reacción con hidrógeno. El metanol es el alcohol más sencillo, que se puede emplear para la producción de energía o transformarlo en gasolina u olefinas mediante una ruta catalítica.

En las reacciones catalíticas se pueden emplear dos tipos de catalizadores: homogéneos y heterogéneos.

Los catalizadores homogéneos son solubles en la misma fase que la reacción química (fase de catalizador = fase de reactivos y productos) y se utilizan principalmente en la síntesis de plásticos o productos químicos de alto valor añadido. Estos catalizadores son muy selectivos y permiten controlar con precisión la velocidad y el rendimiento de la reacción. Sin embargo, tienen algunas desventajas, como la dificultad de separar el catalizador del producto, el costo de los reactantes y la necesidad de condiciones de reacción específicas.

Por otro lado, los catalizadores heterogéneos son insolubles y se encuentran en una fase diferente (debido a que se encuentran generalmente en estado sólido a la de la reacción que suele ser líquida o gaseosa). Estos catalizadores son preferibles en la industria química debido a su facilidad de uso y menor coste de operación. Son fáciles de recuperar y reutilizar, lo que los hace económicamente atractivos. Sin embargo, son menos selectivos que los catalizadores homogéneos y pueden producir subproductos no deseados y además requieren de condiciones mucho más agresivas que los catalizadores homogéneos. Otro inconveniente es originado por la diferencia de fases entre el catalizador y la reacción, ya que, se producen problemas en la difusión de las partículas a través del catalizador.

Actualmente, este proceso de convertir el CO₂ en metanol ya se realiza mediante el tratamiento del gas de síntesis, que consiste en una mezcla de hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono (H₂/CO₂/CO), a alta temperatura y presión en presencia de un catalizador sólido. Sin embargo, este proceso requiere unas condiciones muy severas (50-100 atm y 250 °C) por lo que la finalidad del proyecto es suavizar dichas condiciones mediante el uso de una vía catalítica distinta a la que se emplean actualmente, ya que, energéticamente hablando, esas condiciones tienen una demanda muy alta de energía que sería deseable reducir.

En 2011, el grupo del profesor Milstein probó a realizar la conversión a metanol empleando un catalizador homogéneo y condiciones más suaves (14 atm y 110 °C) empleando como intermedio de reacción productos derivados de ureas realizado en dos pasos. Resulto ser un proceso altamente selectivo hacia el metanol y que implicaba un menor consumo energético, que es una de las finalidades del proyecto.

La finalidad de nuestro proyecto es encontrar la ruta más óptima para realizar este proceso. Para ello se optará por combinar ambos métodos para conseguir un proceso donde se trabaje con un catalizador poroso heterogéneo que sea capaz de hidrogenar los derivados de la urea en condiciones suaves. Este proceso se realizará en dos pasos. En el primero, se produce la reacción del CO₂ con aminas para formar ureas, de la misma manera que el CO₂ reacciona con amoniaco para formar urea, que se fabrica a gran escala por su utilidad en la industria química y como abono. En el segundo paso, estos derivados de ureas se hidrogenan para formar metanol y aminas, que se pueden volver a reutilizar continuamente. Por lo tanto, el proceso global consiste en la transformación de CO₂ en metanol a través de la formación de ureas como producto intermedio.