Este proceso innovador supera las limitaciones de otros sistemas desarrollados hasta ahora, menos selectivos o poco estables para su uso a escala industrial. Un avance publicado en Nature Catalysis que abre el camino hacia una producción sostenible de combustibles no fósiles.
La transformación del dióxido de carbono (CO₂) en productos químicos de mayor valor añadido, como combustibles, es un desafío importante de la química verde. Al ser la molécula de CO2 muy estable, dicha transformación requiere energía y el desarrollo de catalizadores eficientes y de bajo costo.
En los últimos años, se han desarrollado varios procesos electroquímicos que utilizan electrodos basados en cobre, que sirve como catalizador, o electrodos a base de carbono recubiertos de catalizadores moleculares*. Hasta ahora, estos últimos han logrado principalmente producir compuestos simples como monóxido de carbono (CO) o formiato (HCOO-). La obtención de productos más complejos que impliquen enlaces carbono-carbono sigue siendo difícil.
Si bien los catalizadores basados en cobre lo logran, a menudo generan una mezcla de moléculas con dos o más carbonos, típicamente etanol, pero también etileno y acetato, con poco control sobre la selectividad. Desde la perspectiva de una economía circular del carbono, sería obviamente preferible producir directamente etanol, sin tener que añadir etapas posteriores de purificación y separación de los productos.
Un equipo internacional de científicos ha desarrollado recientemente un nuevo sistema catalítico que supera estos obstáculos utilizando un complejo organometálico de hierro, la tetrafenilporfirina de hierro o Fe-TPP, depositado sobre un soporte de níquel.
Los investigadores holandeses, estadounidenses, canadienses y franceses (en el Instituto Parisino de Química Molecular - CNRS/Universidad de la Sorbona) utilizaron un enfoque innovador que consiste en fijar el catalizador molecular, un complejo de hierro, sobre una espuma de níquel. Esta estrategia, que abandona los soportes carbonosos tradicionales para utilizar electrodos metálicos, a pesar de su potencial para reacciones electroquímicas competitivas, les permitió obtener una conversión casi total del CO2 en etanol.
De manera notable, el electrodo de níquel-Fe-TPP ofrece altos rendimientos de etanol a bajos potenciales sin producir subproductos indeseables como acetato o metano, superando a todos los sistemas no basados en cobre. Y esta eficiencia se mantiene durante muchas horas de uso.
Este avance, publicado en Nature Catalysis, pone en duda las hipótesis de larga data sobre los catalizadores moleculares. Sobre todo, brinda nuevos caminos electroquímicos para convertir el CO₂ y el CO en alcoholes como etanol, pero también metanol o propanol.
El etanol producido se puede almacenar fácilmente y usar como un combustible renovable, ofreciendo una alternativa sostenible a los recursos fósiles y reduciendo la dependencia de la producción de bioetanol que consume mucha biomasa y agua. ¿Será que el ciclo del CO2 está pronto a cerrarse?
Nota:
* A diferencia de los catalizadores sólidos o metálicos tradicionales, los catalizadores moleculares suelen ser complejos organometálicos, donde un átomo central de metal está rodeado de ligandos orgánicos que modifican sus propiedades químicas.
Redactor: AVR
Referencia:
Eliminating redox-mediated electron transfer mechanisms on a supported molecular catalyst enables CO2 conversion to ethanol
Maryam Abdinejad, Amirhossein Farzi, Robin Möller-Gulland, Fokko Mulder, Chengyu Liu, Junming Shao, Jasper Biemolt, Marc Robert, Ali Seifitokaldani & Thomas Burdyny.
Nature Catalysis 2024
https://doi.org/10.1038/s41929-024-01225-1