El reto de operar a bajas temperaturas
El proceso químico conocido como reacción inversa de desplazamiento de gas-agua (RWGS) es clave para transformar CO2 en monóxido de carbono (CO), una molécula fundamental para la síntesis de combustibles como metanol o e-fuels. Este proceso requiere calor y la presencia de hidrógeno, y se suele realizar a temperaturas por encima de los 800 °C. A estas temperaturas, los catalizadores tradicionales como el níquel comienzan a perder eficiencia debido a la aglomeración de partículas, lo que reduce su superficie activa.
Reducir la temperatura de operación a unos 400 °C permitiría ahorrar energía y mejorar la estabilidad del sistema, pero conlleva un problema: los catalizadores tienden a formar subproductos indeseados como el metano, que restan valor al proceso. Aquí es donde entra en juego el nuevo desarrollo del equipo de KIER, que logró mantener alta selectividad hacia el monóxido de carbono sin generar metano, incluso a temperaturas moderadas.
¿Por qué el cobre es una mejor apuesta?
El cobre ya era conocido por su capacidad para favorecer la producción selectiva de monóxido de carbono sin formar metano cuando se trabaja a menos de 400 °C. Sin embargo, su estabilidad térmica es limitada, lo que complica su uso a largo plazo. El equipo coreano superó este obstáculo mediante una estrategia de diseño basada en la estructura LDH (hidróxidos dobles laminares).
Estas estructuras están compuestas por capas delgadas de metales con moléculas de agua y aniones entre ellas, algo así como un “sándwich” molecular que permite ajustar la proporción y tipo de metales para optimizar las propiedades del catalizador. Al añadir hierro y magnesio a la mezcla, los investigadores lograron estabilizar las partículas de cobre, reduciendo su tendencia a agruparse y aumentando la resistencia al calor.
Una conversión más limpia y directa
Una de las claves del rendimiento sobresaliente del nuevo catalizador está en su mecanismo de reacción. A diferencia de los catalizadores convencionales, que convierten el CO2 en CO a través de intermediarios llamados formiatos, este nuevo material lo hace de forma directa en su superficie. Esta vía evita reacciones secundarias que suelen generar metano u otros compuestos no deseados.
Gracias a esta eficiencia directa, el catalizador logró una tasa de formación de CO de 223,7 micromoles por gramo de catalizador por segundo, y un rendimiento de 33,4% a 400 °C, manteniéndose estable durante más de 100 horas continuas. Estas cifras representan un rendimiento 1,7 veces más rápido y 1,5 veces más alto que los catalizadores de cobre comerciales. Incluso al compararlo con catalizadores a base de platino, conocidos por su alta eficiencia pero también por su alto costo, el nuevo desarrollo los supera en velocidad y rendimiento, con una tasa de formación 2,2 veces superior.
Implicaciones para el futuro de los combustibles sostenibles
Este tipo de avances tienen un impacto potencial enorme en sectores donde la descarbonización es especialmente difícil, como el transporte aéreo o marítimo. Los llamados e-fuels, fabricados a partir de CO2 capturado y hidrógeno verde (obtenido con energías renovables), representan una alternativa realista a los combustibles fósiles convencionales. Pero para que su uso se generalice, es imprescindible reducir los costos y mejorar la eficiencia de los procesos de producción.
El catalizador desarrollado por el equipo del Dr. Koo se posiciona como una herramienta clave en este camino, al combinar metales abundantes y económicos con un rendimiento técnico comparable o superior al de materiales mucho más caros. El hecho de que mantenga su estabilidad durante largos periodos lo hace especialmente atractivo para aplicaciones industriales a gran escala.
Próximos pasos en la investigación
El proyecto, respaldado por el programa de I+D de KIER enfocado en el desarrollo de combustible sostenible para aviación (e-SAF), busca ahora llevar esta tecnología fuera del laboratorio y hacia aplicaciones industriales reales. Según el propio Dr. Koo, el objetivo es ampliar su uso a distintas plataformas de producción de combustibles sintéticos, aportando así a los esfuerzos globales por alcanzar la neutralidad de carbono.
Los resultados han sido publicados en la revista Applied Catalysis B: Environmental and Energy, una de las más reconocidas en el campo de la catálisis energética. Con este paso, se consolida el potencial de este catalizador como una solución práctica y escalable en la transición energética que el mundo necesita con urgencia.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí
No hay comentarios.:
Publicar un comentario