Caminos hacia la Post-Petroquímica
Electrorreducción de monóxido de carbono para la producción altamente selectiva de etileno
El etileno, o etileno, es una materia prima primaria para la industria química, incluso como material de partida para la producción de una amplia variedad de plásticos. En la revista Angewandte Chemie, los científicos han introducido una nueva técnica electroquímica para la producción selectiva y energéticamente eficiente de etileno a partir de monóxido de carbono, que puede obtenerse a partir de recursos renovables y residuos.
© Wiley-VCH
Desde el punto de vista económico y medioambiental, la conversión del monóxido de carbono (CO) en etileno mediante métodos eficientes desde el punto de vista energético es un proceso clave para el uso de materias primas no petroquímicas. Hoy en día, el etileno se produce típicamente mediante el craqueo al vapor de nafta derivada de refinerías de petróleo. En este proceso, los hidrocarburos de cadena larga se dividen en cadenas más cortas a 800 a 900 °C. Alternativamente, el etileno puede producirse a partir de gas de síntesis -una mezcla de CO e hidrógeno obtenida de la gasificación del carbón- aunque también puede obtenerse a partir de biogás, madera y residuos como fuentes de carbono. El proceso Fischer-Tropsch puede utilizarse para convertir el gas de síntesis en una mezcla de hidrocarburos, incluido el etileno. Las desventajas de este método son las condiciones intensivas en energía de 200 a 250 °C, 5 a 50 bar de presión, y el consumo de hidrógeno valioso. Además, un máximo del 30% de los productos son los hidrocarburos C2 preferidos (etileno y etano). No se puede evitar la formación de cadenas más largas, el proceso de separación del etileno es complejo, y también se produce entre un 30 y un 50% de CO2, lo cual es una emisión no deseada y representa un desperdicio de carbono.
Los investigadores que trabajan con Dehui Deng en la Universidad de Xiamen y en el Instituto Dalian de Física Química de la Academia China de Ciencias han introducido un nuevo enfoque para un proceso electrocatalítico directo para la producción altamente selectiva de etileno. En este método, el CO se reduce con agua a temperatura ambiente y presión estándar, utilizando un catalizador de cobre y corriente eléctrica.
Al optimizar la estructura de su electrodo de difusión de gas, los investigadores fueron capaces de lograr una eficiencia Faradáica inigualable (eficiencia de transferencia de carga dentro de una reacción electroquímica) del 52,7% y rompieron el límite del 30% para la selectividad C2. No se produce ninguna emisión de CO2. El éxito del enfoque se basa en una capa microporosa de fibras de carbono con una hidrofobicidad optimizada, que actúa como soporte de las partículas de cobre activas catalíticamente, y una concentración optimizada de hidróxido de potasio en la fase acuosa. Esto aumenta la concentración de CO en el electrodo y aumenta el acoplamiento entre los átomos de carbono. Los productos secundarios de esta reacción, etanol, n-propanol y ácido acético, son líquidos, lo que permite una fácil separación del etileno gaseoso.
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