Reciclan CO2 de origen industrial en productos químicos de uso común

Una nueva gama de catalizadores desarrollada en el Argonne National Laboratory de EEUU convierte gas invernadero CO2 en químicos de valor añadido como etanol, ácido acético o ácido fórmico. Estos hidrocarburos líquidos se encuentran entre los productos químicos más producidos y se encuentran en muchos productos comerciales. Por ejemplo, el etanol es un ingrediente clave en numerosos productos domésticos y un aditivo en combustibles. Los catalizadores se basan en estaño metálico depositado sobre un soporte de carbono. "Si se desarrollan por completo, nuestros catalizadores podrían convertir el CO2 producido en diversas fuentes industriales en productos químicos valiosos", afirmó en un comunicado Di-Jia Liu, autor del trabajo y químico senior en Argonne. "Estas fuentes incluyen plantas de energía de combustibles fósiles e instalaciones de biofermentación y tratamiento de residuos". El método utilizado por el equipo se llama conversión electrocatalítica, lo que significa que la conversión de CO2 a través de un catalizador es impulsada por electricidad. Al variar el tamaño del estaño utilizado, desde átomos individuales hasta grupos ultrapequeños y también nanocristalitos más grandes, el equipo pudo controlar la conversión de CO2 en ácido acético, etanol y ácido fórmico, respectivamente. La selectividad para cada uno de estos químicos fue del 90% o más. "Nuestro hallazgo de una ruta de reacción cambiante según el tamaño del catalizador no tiene precedentes", dijo Liu. Los estudios computacionales y experimentales revelaron varios conocimientos sobre los mecanismos de reacción que forman los tres hidrocarburos. Una idea importante fue que la ruta de reacción cambia completamente cuando el agua ordinaria utilizada en la conversión se cambia a agua deuterada (el deuterio es un isótopo de hidrógeno). Este fenómeno se conoce como efecto isotópico cinético. Nunca antes se había observado en la conversión de CO2. Esta investigación se benefició de dos instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne: la Fuente Avanzada de Fotones (APS) y el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM). "Utilizando los haces de rayos X duros disponibles en el APS, capturamos las estructuras químicas y electrónicas de los catalizadores a base de estaño con diferentes cargas de estaño", dijo Chengjun Sun, físico de Argonne. Además, la alta resolución espacial posible con un microscopio electrónico de transmisión en CNM tomó imágenes directamente de la disposición de los átomos de estaño, desde átomos individuales hasta pequeños grupos, con las diferentes cargas de catalizador. Según Liu, "nuestro objetivo final es utilizar electricidad generada localmente a partir de energía eólica y solar para producir los productos químicos deseados para el consumo local". Esto requeriría integrar los catalizadores recién descubiertos en un electrolizador de baja temperatura para llevar a cabo la conversión de CO2 con electricidad suministrada por energía renovable. Los electrolizadores de baja temperatura pueden funcionar a temperatura y presión cercanas a la ambiente. Esto permite un arranque y parada rápidos para adaptarse al suministro intermitente de energía renovable. El artículo científico correspondiente apareció en el Journal of the American Chemical Society.