Una investigación innovadora desvela nuevas vías para producir etanol a partir de CO2
El descubrimiento representa un importante paso adelante en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles
En un estudio de vanguardia publicado en la revista "Energy & Environmental Science", investigadores del Departamento de Ciencias de la Interfaz del Instituto Fritz Haber han presentado un novedoso método para convertir el gas de efecto invernadero dióxido de carbono (CO2) en etanol, un combustible sostenible. Este importante avance podría allanar el camino hacia alternativas a los combustibles fósiles más respetuosas con el medio ambiente y económicamente viables.
El artículo, titulado "Time-Resolved Operando Insights into the Tunable Selectivity of Cu-Zn Nanocubes during PulsedCO2 Electroreduction", revela cómo el equipo utilizó con éxito una combinación de cobre y óxido de zinc para favorecer la reducción catalítica delCO2 en etanol. Tradicionalmente, este proceso se ha basado únicamente en catalizadores a base de cobre operados en condiciones de reacción estacionarias, que no garantizan la mejor selectividad hacia el etanol. Se sabe que elCO2RRpulsado puede cambiar esta situación, pero, aunque se trata de un enfoque prometedor, el catalizador puede sufrir problemas de estabilidad debido a las condiciones de reacción más exigentes, que van en detrimento de su rendimiento.
Esta nueva investigación pone de relieve las ventajas de utilizar técnicas de reducción electroquímica pulsada deCO2 (CO2RR). Además, el equipo descubrió que añadiendo una cubierta de óxido de zinc a los nanocubos de óxido de cobre, es posible aumentar la producción de etanol minimizando al mismo tiempo subproductos no deseados como el hidrógeno. Especialmente, fue posible conseguir resultados similares, si no superiores, en la producción de etanol con respecto a los catalizadores de Cu puro, pero con unas condiciones de reacción significativamente menos exigentes. En el pasado, se descubrió que el proceso de oxidación del catalizador implicado en la reducción pulsada deCO2 conducía a la pérdida de átomos de Cu por disolución oxidativa en el medio líquido (electrolito), lo que reducía su eficacia a lo largo del tiempo. Por el contrario, el presente estudio desveló que se puede crear por diseño un electrocatalizador más duradero mediante la deposición de un recubrimiento de óxido de zinc sobre los nanocubos de cobre. Con los nuevos catalizadores, es el componente de zinc el que se oxida principalmente, evitando el cobre y manteniendo así la integridad y eficacia del catalizador. Así pues, este enfoque innovador aumenta la vida útil de los propios catalizadores en las condiciones dinámicas de reacción optimizadas para la generación de productos alcohólicos. La información detallada sobre la estructura y composición del material catalítico necesaria para su optimización se obtuvo mediante espectroscopia Raman operando, un método de excelente sensibilidad para la detección de productos intermedios de reacción adsorbidos.
Este descubrimiento no sólo apoya la hipótesis de que el estado de oxidación del metal desempeña un papel crucial en la reacción y que las especies activas de reacción se crean durante el proceso catalítico, sino que también demuestra una forma potencial de mejorar la selectividad y la eficiencia de la reducción deCO2 a etanol. Representa un importante paso adelante en la comprensión en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles, ofreciendo una ruta prometedora para una producción ecológica y rentable de etanol y otros combustibles a partir deCO2.
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Publicación original
Antonia Herzog, Martina Rüscher, Hyo Sang Jeon, Janis Timoshenko, Clara Rettenmaier, Uta Hejral, Earl M. Davis, F. T. Haase, David Kordus, Stefanie Kühl, Wiebke Frandsen, Arno Bergmann, Beatriz Roldan Cuenya; "Time-resolved operando insights into the tunable selectivity of Cu–Zn nanocubes during pulsed CO2 electroreduction"; Energy & Environmental Science, 2024
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