Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg han desarrollado innovador método para transformar el CO₂ en etanol para uso como biocombustible

La técnica se basa en un electrodo especial recubierto con cobalto y cobre, que permite descomponer el CO₂ en monóxido de carbono y posteriormente convertirlo en etanol de manera eficiente.

Conversión de CO₂ en etanol: una solución innovadora hacia la sostenibilidad

El aumento de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera es uno de los factores que impulsa el cambio climático y el calentamiento global, lo cual genera fenómenos meteorológicos extremos y perjudica los ecosistemas. Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) han presentado una innovadora técnica para convertir el CO₂ en etanol de manera efectiva, proporcionando un recurso renovable que puede usarse como materia prima en aplicaciones químicas sostenibles. «Este proceso nos permite retirar el gas de efecto invernadero CO₂ del ambiente y reincorporarlo en un ciclo de carbono sostenible», afirmó el profesor Carsten Streb, del Departamento de Química de la JGU. Este proceso, basado en la electrocatalización con electricidad de origen renovable, promete ser sostenible y liberar de presión a cultivos alimentarios que hoy se destinan a la producción de etanol como combustible.

Sistema de tándem eficiente para la conversión electrocatalítica selectiva

La conversión electroquímica de CO₂ en productos multicarbonados, como el etanol, representa un enfoque ideal para producir combustibles con alta densidad energética y valiosas materias primas. «Para lograrlo, necesitamos catalizadores adecuados que aseguren alta selectividad, lo que permite obtener un alto rendimiento del producto deseado, en este caso, etanol», explicó Streb.

El equipo ha desarrollado un electrodo especial recubierto con una mezcla de cobalto y cobre en cantidades precisas. En esta reacción, el cobalto descompone inicialmente el CO₂, formando monóxido de carbono (CO), mientras que el cobre convierte el CO en etanol en un segundo paso. Esta conversión solo es posible cuando el cobalto y el cobre están en posiciones específicas y cercanas en el electrodo. De esta forma, los dos metales trabajan en conjunto para lograr la transformación de manera eficiente y con una selectividad alta.

Mejoras y perspectivas futuras

La tecnología actual logra una selectividad del 80%, lo que significa que el 80% del material de partida se convierte en etanol, siendo uno de los mejores resultados alcanzados hasta la fecha en este tipo de investigaciones. Sin embargo, el equipo continúa trabajando para mejorar esta cifra, con el objetivo de alcanzar una selectividad del 90 al 95%, y en un escenario ideal, lograr un catalizador con 100% de selectividad para que el etanol sea el único producto del proceso. Esta optimización permitiría avanzar en la sostenibilidad del método y en su viabilidad comercial.

Colaboración en el marco del centro de investigación colaborativa CataLight

El éxito de este proceso depende en gran medida del control preciso del proceso y la carga de cobalto y cobre en el electrodo. Para ello, los investigadores de Maguncia han colaborado con la Universidad de Ulm en el marco del Centro de Investigación Colaborativa «CataLight» (CRC/TRR 234), con el objetivo de desarrollar un catalizador eficiente y duradero. Este sistema ha demostrado estabilidad sin pérdida de rendimiento tras varios meses de uso.

Además, la abundancia natural de cobalto y cobre en la Tierra fue determinante para su elección como catalizadores, ya que aunque se podría realizar el mismo proceso con metales preciosos como el platino o el paladio, los costos serían muy altos, limitando su viabilidad comercial. Esta elección refleja una tendencia en la investigación actual hacia el uso de metales no preciosos y recursos ampliamente disponibles.

Producción sostenible de etanol y conservación de recursos alimentarios

La producción de etanol a partir de materias primas mundialmente disponibles como el CO₂ y electricidad renovable ofrece una vía hacia la sostenibilidad. Este método innovador podría evitar la competencia entre la producción de alimentos y combustibles, ya que actualmente grandes cantidades de etanol provienen del maíz y la caña de azúcar en países como Brasil, lo cual reduce la disponibilidad de estos cultivos para el consumo humano. Con este proceso, se podría producir etanol de manera sostenible, aprovechando el CO₂ emitido por plantas de energía y utilizando electricidad verde, y, posteriormente, almacenarlo para generación descentralizada de energía según sea necesario.

Investigación en el contexto de SusInnoScience

El profesor Carsten Streb, líder del equipo de investigación y profesor de Química Inorgánica en la JGU desde 2022, participa en varios proyectos colaborativos enfocados en catalización sostenible, financiados por la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) y la Fundación Carl Zeiss. Este estudio forma parte de la línea de investigación SusInnoScience, que busca fomentar la química sostenible como clave de innovación en la ciencia de los recursos para el Antropoceno. Esta área de investigación reúne grupos de trabajo reconocidos a nivel internacional para avanzar en soluciones científicas eficientes y sostenibles.

La conversión de CO₂ en etanol mediante electrocatalización es un ejemplo destacado de cómo la ciencia química puede contribuir a enfrentar el cambio climático. Transformar los gases de efecto invernadero en combustibles renovables y materias primas abre nuevas perspectivas para la sostenibilidad, favoreciendo un modelo energético más verde y reduciendo la dependencia de recursos limitados.

Vía uni-mainz.de