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Estados Unidos

Diseñan un electrocatalizador que convierte el dióxido de carbono en etanol

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Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (DOE, por sus siglas en inglés), en colaboración con la Universidad del Norte de Illinois, afirman haber descubierto un nuevo electrocatalizador que convierte el dióxido de carbono (CO2) y el agua en etanol con una eficiencia energética muy alta y una alta selectividad para el producto final deseado y de bajo costo.
Diseñan un electrocatalizador que convierte el dióxido de carbono en etanol
Representación del proceso electrocatalítico para la conversión del CO2 y agua en etanol.

Según una comunicación, el catalizador diseñado por el equipo consiste en “cobre atomizado disperso sobre un soporte de polvo de carbono”, y se agrega que “mediante una reacción electroquímica, este catalizador descompone el CO2 y las moléculas de agua y vuelve a ensamblar selectivamente las moléculas rotas en etanol bajo un campo eléctrico externo”.

Se agrega que “la selectividad electrocatalítica, o ‘eficiencia faradaica’, del proceso es más del 90 por ciento, mucho más alta que cualquier otro proceso informado” y que “además, el catalizador funciona de manera estable durante un funcionamiento prolongado a bajo voltaje”.

Di-Jia Liu, químico senior de la división de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne y científico del Consorcio UChicago para ciencia avanzada e ingeniería en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker, de la Universidad de Chicago, explicó que “el proceso resultante de nuestro catalizador contribuiría a la economía circular del carbono, que implica la reutilización del dióxido de carbono”. Este proceso se haría convirtiendo electroquímicamente el CO2 emitido por procesos industriales, como plantas de energía de combustibles fósiles o plantas de fermentación de alcohol, en productos valiosos a un costo razonable.

Las investigaciones se realizaron en dos instalaciones de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne: la Fuente Avanzada de Fotones (APS, por sus siglas en inglés) y el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM), así como el Centro de recursos informáticos de laboratorio de Argonne (LCRC).

"Gracias al alto flujo de fotones de los haces de rayos X en el APS, hemos capturado los cambios estructurales del catalizador durante la reacción electroquímica", aseguró por su parte Tao Li, profesor asistente en el Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad del Norte de Illinois y científico asistente en la División de Ciencia de Rayos X de Argonne.

Estos datos, junto con la microscopía electrónica de alta resolución en CNM y el modelado computacional utilizando el LCRC, revelaron una transformación reversible del cobre disperso atómicamente a grupos de tres átomos de cobre cada uno con la aplicación de un voltaje bajo. La catálisis de CO2 a etanol ocurre en estos pequeños grupos de cobre. Este hallazgo arroja luz sobre formas de mejorar aún más el catalizador mediante un diseño racional.

"Hemos preparado varios catalizadores nuevos utilizando este enfoque y descubrimos que todos son muy eficientes en la conversión de CO2 en otros hidrocarburos", dijo Liu. "Planeamos continuar esta investigación en colaboración con la industria para hacer avanzar esta tecnología prometedora".

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