Un nuevo avance para la generación de combustibles alternativos a partir de CO2 usando luz solar

Un reciente trabajo publicado en Chemical Communications ha mostrado nuevos fotoelectrodos sencillos basados en óxidos de cobre para la transformación eficiente de disoluciones acuosas de CO2 en metanol usando celdas fotoelectroquímicas alimentadas con luz solar. Los nuevos materiales presentan una elevada estabilidad, actividad y selectividad para la formación de metanol con un notable rendimiento en la transformación (94-96%) lo que supone un avance significativo para la generación de combustibles alternativos a partir de CO2 utilizando recursos renovables.

Autor: [R. M. Navarro-  Grupo de Energía y Química Sostenibles- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica-CSIC]

La transformación de CO2 en hidrocarburos o alcoholes usando luz solar es un tema de enorme interés ya que permite la generación de combustibles alternativos con la reducción simultánea de las emisiones de CO2 ligadas al uso de combustibles fósiles. La reducción de CO2  es un proceso (CO2 + 6H+ + 6e- –> CH3OH + H2O) que desde el punto de vista termodinámico necesita aporte de energía (E0=0.38V). Por esta razón, el proceso es sólo económica y medioambientalmente viable si se usa energía renovable como fuente para realizarlo. En 1978, Halmon [1] demostró que soluciones acuosas de CO2 podían ser reducidas para producir metanol, formaldehído y ácido fórmico en celdas fotoelectroquímicas. En este tipo de celda fotoelectroquímica (Figura 1), se utilizó un fotoelectrodo que contenía un semiconductor de tipo p (fosfuro de galio) capaz de captar la luz solar y transformarla en electricidad para llevar a cabo la reducción del CO2.

Figura 1 : Esquema de celda fotoelectroquímica para transformación de CO2 en metanol

Desde la publicación de este primer estudio, han sido numerosos los trabajos aparecidos en la bibliografía científica para el desarrollo y modificación de fotoelectrodos (basados en semiconductores de tipo p CdTe, GaAs, InP, Si, FeS2,…) para conseguir sistemas eficientes y selectivos para la generación de metanol a partir de CO2. Los fotoelectrodos desarrollados en la actualidad se basan en sistemas complejos en los que los semiconductores se modifican superficialmente con co-catalizadores o mediadores electrónicos (complejos de metales de transición, viologenos, metaloporfirinas…) para aumentar las velocidades de las reacciones electroquímicas del CO2 y también para evitar la fotocorrosión.  La complejidad  y baja eficiencia de los fotoelectrodos desarrollados han limitado la aplicación práctica de esta tecnología. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Tejas (EEUU) han desarrollado un nuevo fotoelectrodo relativamente sencillo y eficaz para este tipo de reacción basado en óxidos de cobre [2]. El fotoelectrodo desarrollado se muestra en la Figura 2 y se basa en nanopilares de óxido de cobre (II) (CuO) recubiertos con óxido de cobre (I) (CuO2).  Este tipo de fotoelectrodo ha mostrado elevada estabilidad, actividad y selectividad para la formación de metanol a partir de soluciones acuosas saturadas en CO2 con un notable rendimiento faradaíco en la transformación (94-96%). El nuevo sistema de fotoelectrodo supone un avance significativo sobre los fotoelectrodos desarrollados hasta la fecha implementando la viabilidad practica de un proceso de notable interés para la generación renovable de combustibles alternativos a partir de CO2.

Figura 2 : Ilustración esquemática de los fotoelectrodos desarrollados

[1] M. Halmon. Nature, 275 (1978), 115

[2] G. Ghadimkhani et al. Chem. Commun. 2013, 49, 1297

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