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El catalizador que elimina CO2 y produce hidrocarburos

Fuente: Agencia SINC |

El agua se divide en hidrógeno y oxígeno mediante electrolisis, pero si además se añade CO2 a la mezcla se pueden generar compuestos para fabricar textiles, pañales y hasta bebidas espirituosas. Científicos norteamericanos, liderados por un español, han desarrollado un catalizador que acelera esta reacción, a la vez que retira un gas de efecto invernadero.

Un equipo de investigadores de Canadá y EE UU ha desarrollado un catalizador que convierte el dióxido de carbono en sustancias químicas simples de forma rápida y eficiente. De esta manera transforman el mayor gas de efecto invernadero en productos útiles para la industria.

“La tecnología de los electrolizadores de agua es bien conocida: transforman agua y electricidad en hidrogeno y oxígeno, pero en nuestro caso, añadimos CO2 al cóctel y, en lugar de producir hidrógeno, podemos generar varios hidrocarburos, como el etileno (el compuesto orgánico más utilizado en todo el mundo) y el etanol”, destaca a SINC el investigador F. Pelayo García de Arquer de la Universidad de Toronto.

“Así –explica– se pueden obtener materias primas para la fabricación de productos como pueden ser materiales para la construcción, textiles, pinturas, componentes de aparatos electrónicos, pañales… o incluso bebidas espirituosas”.

La clave del nuevo dispositivo es un recubrimiento polimérico que facilita el transporte del CO2 por la superficie del metal o electrodo del catalizador. En general, al dióxido de carbono le cuesta penetrar en las soluciones acuosas y llegar a toda la superficie de este material, de modo que cuando se aumenta el flujo de electrones (corriente eléctrica) para llevar a cabo la reacción, no hay suficiente CO2 para ser transformado.

Pero los autores, que publican su estudio en la revista Science, demuestran que se puede superar esa limitación: “Hemos descubierto que cierta configuración de ionómeros (polímeros que conducen iones y agua al catalizador) permite aumentar considerablemente la facilidad con la que el CO2 se distribuye a lo largo de la superficie catalítica, permitiendo de este modo alcanzar productividades más altas”, apunta García de Arquer.

La adición del ionómero sobre el metal catalizador aumenta el CO2 disponible para lograr la reacción. / F. Pelayo García de Arquer et al.

Este recubrimiento de ionómeros contiene partes hidrofóbicas (repelen el agua) e hidrofílicas (atraen el agua) y se agrupa formando una capa ultrafina de unos 10 namómetros que ayuda a mantener la reacción donde, a partir del gas CO2 y los hidrógenos del agua (protones H+) se construye el hidrocarburo.

Actividades que parecían impensables

“Hace unos dos años, los sistemas de electrolisis de CO2 estaban limitados a productividades o corrientes eléctricas de decenas de miliamperios por centímetro cuadrado,  de modo que solo unas pocas moléculas de este gas pueden transformarse en algo útil”, dice el investigador, “pero nuestro descubrimiento permite operar a corrientes cien veces más altas, de más de un amperio por centímetro cuadrado. De este modo, muchísimas más moléculas de CO2 pueden ser transformadas, llegando a actividades que hace unos años eran impensables”.

Catalizador con el recubrimiento de ionómeros desarrollado por los investigadores. (Foto: Daria Perevezentsev / U of T Engineering) y esquema de la producción de hidrocabruros renovables (etileno C2H4 y etanol C2H5OH) a partir de electricidad (electrones), CO2, el H+ del agua y electrolitos (como el hidróxido de potasio, KOH, que aumentan la conductividad iónica). El OH- resultante de la reacción es transportado al ánodo del electrolizador, donde reacciona para generar O2. (Imagen: Pelayo García de Arquer et al.)

Otra de las ventajas que destaca García de Arquer es que la fuente de electricidad necesaria para el proceso “puede ser perfectamente renovable, como la energía solar, eólica o hidráulica, así que se trata de una manera de construir hidrocarburos también renovables”.

Los investigadores trabajan ahora en aumentar todavía más la eficiencia del sistema y su estabilidad, que aunque ya ronda las decenas de horas, todavía está lejos de las miles de horas de operación de los electrolizadores de agua.

Referencia bibliográfica:

F. Pelayo García de Arquer et al. “CO2 electrolysis to multicarbon products at activities greater than 1 A cm−2”. Science, febrero de 2020.

Imagen 1. Ingenieros de la Universidad de Toronto operando con el nuevo dispositivo catalizador. / Daria Perevezentsev / U of T Engineering

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