La energía solar y el secreto de los combustibles renovables
Los catalizadores hechos de óxido de cobre son superiores a los catalizadores de origen puramente metálico cuando se trata de producir etileno, un gas de dos carbonos con una enorme gama de aplicaciones industriales. ¿Quién habría pensado que ese sentimiento es también cierto para los catalizadores de óxido de metal? Según los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y Caltech, el cobre que una vez estuvo ligado al oxígeno es mejor para convertir el dióxido de carbono en combustibles renovables que el cobre que nunca estuvo ligado al oxígeno.
Para este estudio, según fuentes de Madri+D, los científicos hicieron una espectroscopia de rayos X en prototipos de generadores de combustible de origen solar ya en funcionamiento para demostrar que los catalizadores hechos de óxido de cobre son superiores a los catalizadores de origen puramente metálico cuando se trata de producir etileno, un gas de dos carbonos con una enorme gama de aplicaciones industriales, incluso después de que no queden átomos de oxígeno detectables en el catalizador. “Muchos investigadores han demostrado que los catalizadores de cobre derivados del óxido son mejores para hacer productos de combustible a partir de CO ; sin embargo, hay un debate sobre por qué ocurre esto”, según el co-líder de la investigación Walter Drisdell, químico del Laboratorio de Berkeley y miembro del Centro Conjunto para la Fotosíntesis Artificial (JCAP). La misión del JCAP es desarrollar tecnologías eficientes, alimentadas por energía solar, que puedan convertir el CO atmosférico en combustibles alternativos al petróleo.
También explicó que bajo las condiciones de operación para la generación de combustible el oxígeno ligado al cobre se agota de forma natural en el catalizador. Sin embargo, algunos investigadores creen que permanecen en la estructura metálica pequeñas cantidades de oxígeno y que esta es la fuente del aumento de la eficiencia.
Para acabar el debate, el equipo de investigadores trajo un sistema de cromatografía de gases (GC) a la línea de haz de rayos X para poder detectar la producción de etileno en tiempo real. “Nuestros colaboradores de Caltech trajeron el GC desde Pasadena y lo instalaron en las instalaciones de rayos X en Palo Alto”, según Soo Hong Lee, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Berkeley y co-autor del estudio. “Con él, demostramos que no hay correlación entre la cantidad de oxígeno (‘óxido’) en el catalizador y la cantidad de etileno producida. Así que pensamos que los catalizadores derivados del óxido son buenos, no porque tengan oxígeno remanente mientras reducen el monóxido de carbono, sino porque el proceso de eliminación del oxígeno crea una estructura metálica de cobre que es mejor para formar etileno”, en opinión del experto.
Por último, el equipo demostró además que, aunque la eficiencia de los catalizadores derivados del óxido disminuye con el tiempo, puede “reactivarse” regularmente reagrupando y retirando el oxígeno durante un simple proceso de mantenimiento. Y el siguiente paso es diseñar una célula generadora de combustible que pueda funcionar con instrumentos de dispersión de rayos X, lo que les permite trazar directamente un mapa de la estructura cambiante del catalizador mientras convierte el monóxido de carbono en etileno. Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), mientras que JCAP es un centro de innovación energética del DOE.