Un avance tecnológico en el Argonne National Laboratory, en Estados Unidos, ha permitido la conversión del dióxido de carbono (CO2) industrial en productos químicos esenciales, como etanol, ácido acético y ácido fórmico, utilizando una nueva serie de catalizadores.
Esta investigación podría revolucionar la forma en que se manejan las emisiones de gases de efecto invernadero, transformándolos en sustancias de alto valor comercial.
La investigación, liderada por el químico senior Di-Jia Liu, se centra en catalizadores basados en estaño metálico, que son aplicados sobre un soporte de carbono.
Los mismos tienen la capacidad de convertir CO2, emitido por diversas fuentes industriales, en productos químicos valiosos mediante un proceso conocido como conversión electrocatalítica.
Liu explicó que si se desarrollan completamente, los catalizadores podrían transformar el CO2 de plantas de energía de combustibles fósiles y otras instalaciones industriales en químicos útiles.
El método electrocatalítico utilizado en este proceso implica la conversión de CO2 a través de un catalizador, que es impulsada por electricidad.
Los investigadores descubrieron que, al variar el tamaño del estaño desde átomos individuales hasta nanocristalitos, podían controlar la producción de diferentes químicos: ácido acético, etanol y ácido fórmico. Este hallazgo permite una selectividad del 90% o más en la producción de estos compuestos.
Liu resaltó la innovación de estos hallazgos al afirmar que el descubrimiento de una ruta de reacción que cambia según el tamaño del catalizador es algo sin precedentes.
Los estudios computacionales y experimentales realizados revelaron detalles cruciales sobre los mecanismos de reacción que forman estos hidrocarburos.
Un hallazgo significativo fue el cambio completo en la ruta de reacción cuando se utilizó agua deuterada (agua en la que los átomos de hidrógeno son reemplazados por deuterio) en lugar de agua ordinaria, conocido como efecto isotópico cinético, nunca antes observado en la conversión de CO2.
La investigación se benefició de dos instalaciones avanzadas del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) en Argonne: la Fuente Avanzada de Fotones (APS) y el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM).
Chengjun Sun, físico de Argonne, explicó más sobre el proceso:
«Utilizando los rayos X duros del APS, capturamos las estructuras químicas y electrónicas de los catalizadores de estaño con diferentes cargas», dijo.
Además, el CNM permitió obtener imágenes de alta resolución de la disposición de los átomos de estaño, desde átomos individuales hasta pequeños grupos, utilizando un microscopio electrónico de transmisión.
El objetivo final de este proyecto es integrar los catalizadores en un electrolizador de baja temperatura que pueda utilizar electricidad generada a partir de fuentes renovables, como la energía eólica y solar, para producir los productos químicos deseados localmente.
Estos electrolizadores pueden operar a temperaturas y presiones cercanas a las ambientales, permitiendo un arranque y parada rápidos para adaptarse a la intermitencia de las fuentes de energía renovable.
Este enfoque innovador podría tener un impacto significativo en la reducción de emisiones de CO2 y en la producción sostenible de productos químicos de uso común.
La investigación ha sido publicada en el Journal of the American Chemical Society, destacando el potencial de estos catalizadores para transformar la gestión de emisiones industriales y contribuir a una economía más verde y circular.
