Un nuevo catalizador híbrido convierte el dióxido de carbono en etileno en un solo recipiente. El catalizador fue desarrollado por científicos del Laboratorio Nacional Ames, la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Virginia y la Universidad de Columbia. Este catalizador apoya la iniciativa mundial de carbono neto cero mediante el uso de dióxido de carbono (CO2) como materia prima para la producción eficiente de etileno alimentada por electricidad.
El etileno es un producto químico básico que se utiliza para fabricar una amplia gama de productos, desde plásticos hasta anticongelantes. La producción a gran escala de etileno consume mucha energía y depende en gran medida de los recursos fósiles. Producción electrocatalítica de etileno a partir de CO2 está emergiendo como un método prometedor. Este nuevo catalizador consta únicamente de materiales abundantes en la tierra, como el níquel y el cobre, y requiere menos energía para la reacción química.
Long Qi, científico de Ames Lab, explicó cómo funciona el catalizador. Níquel disperso atómicamente anclado en carbono de ensamblaje de nitrógeno (NAC) funciona para catalizar CO2 a CO a baja tensión y alta corriente. El catalizador es efectivo en una amplia gama de voltajes y su efectividad a corrientes más altas significa una mayor tasa de producción de CO.
«Dado que este catalizador permanece activo en un rango de voltaje muy amplio, eso permite un fácil acoplamiento con un segundo catalizador», dijo Qi. «Así que usamos el segundo catalizador, que es un nanoalambre de cobre, y al combinar estos dos tenemos un proceso muy selectivo que tiene hasta un 60 % de eficiencia a partir del CO2 a etileno en una olla».
Otro aspecto importante del catalizador es su estructura. Wenyu Huang, científico del Ames Lab y profesor del equipo de la Universidad Estatal de Iowa, señaló que la estructura porosa del catalizador mejora su eficacia. «Nuestro catalizador tiene una estructura mesoporosa ordenada que se beneficia de la transferencia de masa», dijo. «Debido a que es altamente poroso, tiene un área de superficie muy alta para exponer muchos sitios activos de níquel, lo que hace que nuestro catalizador sea muy efectivo en CO2 reducción a CO».
Para Huang, el aspecto más emocionante de esta investigación fue cómo el equipo combinó los dos catalizadores para agilizar el proceso. «Básicamente combinamos los dos mejores catalizadores por separado y trabajan juntos para que podamos conectar el CO2 a CO y las reacciones de CO a etileno en un sistema», dijo.
Qi enfatizó la importancia de usar CO2 como materia prima para esta reacción, porque aborda la necesidad mundial de reducir la cantidad de CO2 liberado a la atmósfera. Explicó que este proceso puede utilizar CO2 recuperados de procesos químicos o industriales, o de la captura de aire. «Y podemos hacer esto sin ningún metal precioso, simplemente níquel, cobre, carbono y nitrógeno, para permitir aplicaciones industriales a gran escala», dijo Qi. «Además, eliminamos potencialmente el uso de recursos fósiles para producir etileno».
