Uno de los principales problemas medioambientales a los que se enfrenta el planeta en la actualidad es el aumento de los niveles de consumo y residuos de plástico. Según un reciente estudio de la OCDE, en 2019 producimos 460 millones de toneladas (Mt) de plásticos, y el consumo seguirá aumentando a pesar de que se espera un incremento en el despliegue de tecnologías de reciclaje.

Como las emisiones de dióxido de carbono (CO2) también se disparan, la emergente industria de la captura y utilización de carbono (CCU) propone una solución para ambos problemas: crear polímeros degradables con menos carbono utilizando las emisiones de CO2 como materia prima. El reciente informe de IDTechEx "Carbon Dioxide (CO2) Utilization 2022-2042: Technologies, Market Forecasts, and Players" (Utilización del dióxido de carbono (CO2) 2022-2042: tecnologías, previsiones de mercado y actores) analiza las oportunidades y los retos de crear esta propuesta de economía circular del carbono.

¿Cómo fabricar polímeros a partir del CO₂?

Hay al menos tres vías principales para convertir el CO₂ en polímeros: la electroquímica, la conversión biológica y la termocatálisis. Esta última es la tecnología de utilización del cCO₂ más madura, en la que el CO₂ puede utilizarse directamente para producir polímeros basados en el CO₂, sobre todo policarbonatos de cadena lineal biodegradables (LPC), o indirectamente, a través de la producción de precursores químicos (bloques de construcción como el metanol, el etanol, los derivados del acrilato o el monoetilenglicol [MEG]) para las reacciones de polimerización.

Entre los LPC fabricados a partir de CO₂ se encuentran el carbonato de polipropileno (PPC), el carbonato de polietileno (PEC) y los poliuretanos (PUR), siendo el PUR uno de los principales mercados para los polímeros basados en CO₂, con aplicaciones en electrónica, películas de acolchado, espumas y en los sectores biomédico y sanitario. El CO₂ puede constituir hasta el 50% (en peso) de un poliol, uno de los principales componentes del PUR. Los polioles derivados del CO2 (alcoholes con dos o más grupos hidroxilos reactivos por molécula) se fabrican combinando el CO₂ con éteres cíclicos (moléculas anulares que contienen oxígeno llamadas epóxidos). A continuación, el poliol se combina con un componente de isocianato para fabricar PUR.

Empresas como Econic, Covestro y Aramco Performance Materials (con propiedad intelectual adquirida a Novomer) han desarrollado nuevos catalizadores para facilitar la fabricación de polioles con CO₂. Los insumos fósiles siguen siendo necesarios a través de esta vía termoquímica, pero los fabricantes pueden sustituir parte de ellos por CO₂ residual, lo que supone un ahorro potencial en los costes de las materias primas.

En el ámbito de las tecnologías emergentes, los precursores químicos de los polímeros basados en el CO₂ pueden obtenerse mediante la electroquímica o la síntesis microbiana. Aunque la conversión electroquímica del CO₂ en productos químicos se encuentra en una fase más temprana de desarrollo, las vías biológicas están más maduras, habiendo alcanzado la fase de comercialización temprana. Los recientes avances en ingeniería genética y optimización de procesos han llevado al uso de microorganismos quimioautótrofos en rutas biológicas sintéticas para convertir el CO₂ en productos químicos, combustibles e incluso proteínas.

A diferencia de la síntesis termoquímica, estas rutas biológicas suelen utilizar condiciones cercanas a la temperatura y la presión ambientales, con el potencial de ser menos intensivas en energía y costosas a escala. En particular, la empresa californiana Newlight está introduciendo en el mercado una ruta biológica directa hacia los polímeros, en la que su microbio convierte el CO₂ capturado, el aire y el metano en polihidroxibutirato (PHB), un polímero degradable enzimáticamente.

En la actualidad, la escala de fabricación de polímeros basados en el CO₂ es todavía menor en comparación con la industria petroquímica tradicional, pero ya hay ejemplos comerciales de éxito. Uno de los mayores volúmenes disponibles es el de los policarbonatos aromáticos (PC) fabricados a partir de CO₂, desarrollado por Asahi Kasei en Taiwán desde 2012. Más recientemente, la empresa estadounidense LanzaTech ha establecido con éxito asociaciones con grandes marcas como Unilever, L'Oréal, On, Danone, Zara y Lulumelon para utilizar microbios que conviertan las emisiones de carbono capturadas de los procesos industriales en precursores de polímeros -etanol y MEG- para la fabricación de artículos de embalaje, zapatos y textiles.

Siguen los interrogantes

Aunque la idea de reutilizar los residuos de gases de efecto invernadero como materia prima parece una propuesta beneficiosa para todos, surgen muchas preguntas de viabilidad para cada vía de utilización del CO₂. ¿Conseguirá realmente reducir las emisiones? ¿Cuáles son las barreras financieras y prácticas para su comercialización? ¿Puede ampliarse para hacer frente al cambio climático de forma significativa? Estas son algunas de las preguntas difíciles que IDTechEx aborda en el último informe "Carbon Dioxide (CO₂) Utilization 2022-2042: Technologies, Market Forecasts, and Players", centrándose no sólo en el uso del CO₂ en los mercados de polímeros y productos químicos, sino también en la recuperación mejorada de petróleo, los materiales de construcción, los combustibles y el aumento del rendimiento biológico.

Aunque la idea de reutilizar los residuos de gases de efecto invernadero como materia prima parece una propuesta beneficiosa para todos, surgen muchas preguntas de viabilidad para cada vía de utilización del CO₂. ¿Conseguirá realmente reducir las emisiones? ¿Cuáles son las barreras financieras y prácticas para su comercialización? ¿Puede ampliarse para hacer frente al cambio climático de forma significativa? Estas son algunas de las preguntas difíciles que IDTechEx aborda en el último informe "Carbon Dioxide (CO₂) Utilization 2022-2042: Technologies, Market Forecasts, and Players", centrándose no sólo en el uso del CO₂ en los mercados de polímeros y productos químicos, sino también en la recuperación mejorada de petróleo, los materiales de construcción, los combustibles y el aumento del rendimiento biológico.

El resultado final

No todas las vías de utilización del CO₂ son igual de beneficiosas para los objetivos climáticos y no todas serán económicamente escalables. Los recursos escasos que tienen usos alternativos deben asignarse allí donde sea más probable que generen valor económico y mitiguen el cambio climático. Como la sed de plásticos del mundo no parece desaparecer, una economía circular del carbono puede ayudar a mantener el estilo de vida de las personas al fomentar una industria petroquímica que vea el CO₂ residual como una materia prima viable.