Más cerca de producir combustible etanol renovable, sin cultivos

Catalizador de cobre que produce etanol a partir de CO2 y agua
MARK SHWARTZ/STANFORD UNIVERSITY
Actualizado: miércoles, 21 junio 2017 8:51

   MADRID, 21 Jun. (EUROPA PRESS) -

   Un descubrimiento de científicos de la Universidad de Stanford puede conducir a una nueva y más sostenible manera de producir combustible etanol sin maíz u otros cultivos.

   Esta tecnología prometedora tiene tres componentes básicos: agua, dióxido de carbono y electricidad proporcionada a través de un catalizador de cobre. Los resultados se publican en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

   "Uno de nuestros objetivos a largo plazo es producir etanol renovable de una manera que no afecte el suministro de alimentos a nivel mundial", dijo en un comunicado el investigador principal del estudio Thomas Jaramillo, profesor asociado de ingeniería química en Stanford y de ciencia del fotón en el SLAC National Accelerator Laboratory.

   Los científicos desean diseñar catalizadores de cobre que conviertan selectivamente el dióxido de carbono en productos químicos y combustibles de mayor valor, como etanol y propanol, con pocos o ningún subproducto. Pero primero necesitan una comprensión clara de cómo funcionan realmente estos catalizadores. Ahí es donde entran los hallazgos recientes.

   Para el estudio de PNAS, el equipo de Stanford eligió tres muestras de cobre cristalino, conocido como cobre (100), cobre (111) y cobre (751). Los científicos usan estos números para describir las geometrías de la superficie de los cristales individuales.

   "El cobre (100), (111) y (751) se ven prácticamente idénticos, pero tienen diferencias importantes en la forma en que sus átomos están dispuestos en la superficie", dijo Christopher Hahn, científico asociado del personal en SLAC y coautor principal el trabajo. "La esencia de nuestro trabajo es entender cómo estas diferentes facetas del cobre afectan el rendimiento electrocatalítico".

   En estudios anteriores, los científicos habían creado electrodos de cobre de un solo cristal de apenas 1 milímetro cuadrado de tamaño.

   "Con un cristal tan pequeño, es difícil identificar y cuantificar las moléculas que se producen en la superficie", explicó Hahn. "Esto conduce a dificultades en la comprensión de las reacciones químicas, por lo que nuestro objetivo era hacer mayores electrodos de cobre con la calidad superficial de un solo cristal".

   Para crear muestras más grandes, Hahn y sus compañeros de trabajo en SLAC desarrollaron una forma novedosa de cultivar un solo cristal como cobre sobre grandes obleas de silicio y zafiro.

   "Lo que Chris hizo fue increíble", dijo Jaramillo. "Hizo películas de cobre (100), (111) y (751) con superficies de 6 centímetros cuadrados, 600 veces más grandes que los monocristales típicos.

   Para comparar el rendimiento electrocatalítico, los investigadores colocaron los tres electrodos grandes en agua, los expusieron al gas dióxido de carbono y aplicaron un potencial para generar una corriente eléctrica.

   Los resultados fueron claros. Cuando se aplicaba un voltaje específico, los electrodos de cobre (751) eran mucho más selectivos a los productos líquidos, como el etanol y el propanol, que los de cobre (100) o (111). La explicación puede estar en las diferentes maneras en que los átomos de cobre están alineados en las tres superficies.

   "En el cobre (100) y (111), los átomos superficiales se empaquetan juntos, como una rejilla cuadrada y un nido de abeja, respectivamente", dijo Hahn. "Como resultado, cada átomo está unido a muchos otros átomos a su alrededor, y eso tiende a hacer la superficie más inerte".

   Pero en el cobre (751), los átomos de la superficie están separados. "Un átomo de cobre (751) sólo tiene dos vecinos más cercanos", dijo Hahn. "Pero un átomo que no está unido a otros átomos no se siente bien, y eso hace que se quiera unir más fuerte a reactivos entrantes como el dióxido de carbono. Creemos que este es uno de los factores clave que conducen a una mejor selectividad a los productos de mayor valor como etanol y propanol".

   En última instancia, el equipo de Stanford quisiera desarrollar una tecnología capaz de producir selectivamente combustibles y productos químicos neutros en carbono a escala industrial.

   "El objetivo es crear mejores catalizadores que tengan un potencial cambiante al tomar dióxido de carbono como materia prima y convertirlo en productos mucho más valiosos usando electricidad renovable o luz solar directa", dijo Jaramillo. "Planeamos usar este método en el níquel y otros metales para entender mejor la química en la superficie, pensamos que este estudio es una pieza importante del rompecabezas y abrirá nuevas vías de investigación para la comunidad".