Diseñan un catalizador que mejora el reciclaje de CO₂ para producir monóxido de carbono con menor consumo energético
El nuevo material, desarrollado por investigadores del ICMS (CSIC-US), mejora la estabilidad del proceso, reduce el consumo energético y aumenta la selectividad hacia monóxido de carbono, una materia prima clave para numerosos procesos industriales.
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Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla, han desarrollado un nuevo catalizador capaz de transformar dióxido de carbono (CO₂) en monóxido de carbono (CO) con mayor eficiencia, menor consumo energético y una vida útil más prolongada. El avance, publicado en la revista Materials Horizons, representa un paso hacia el desarrollo de tecnologías de reciclaje de CO₂ que contribuyan a una economía circular baja en carbono y a la descarbonización de procesos industriales.
El nuevo catalizador, denominado PtCuK@, combina cobre, potasio, platino y titanio y ha sido diseñado para mejorar el rendimiento de los reactores industriales empleados en la conversión de CO₂. Según el equipo investigador, la nueva formulación permite procesar una mayor cantidad de dióxido de carbono utilizando menos catalizador, al tiempo que incrementa la selectividad hacia la producción de monóxido de carbono y evita la formación de metano, un subproducto habitual en este tipo de procesos.
El nuevo catalizador alcanza una conversión máxima del 35,7% frente al 19,6% del material sin platino, manteniendo una selectividad completa hacia monóxido de carbono.
Además, la reacción puede llevarse a cabo a temperaturas más bajas, lo que reduce el consumo de energía y los costes asociados. “Se ha conseguido requerir de temperaturas más bajas para transformar el CO₂, consumiendo menor cantidad de energía y abaratando los costes”, explica el primer autor del estudio e investigador de la Universidad de Sevilla, Rubén Blay-Roger.
Mayor estabilidad y menor desactivación del catalizador
Uno de los principales avances del trabajo reside en la metodología empleada para optimizar el catalizador. En lugar de limitarse a comparar distintas formulaciones, los investigadores analizaron qué ocurría en la superficie del material durante su funcionamiento.
Este enfoque permitió identificar la formación de compuestos, como acroleína y especies carbonilo, responsables de generar depósitos de carbono que provocan la desactivación del catalizador. A partir de este conocimiento, el equipo incorporó una cantidad muy reducida de platino, reduciendo significativamente estos depósitos y mejorando tanto la estabilidad como la durabilidad del material, además de contener el coste del catalizador final.
La mayor estabilidad resulta especialmente relevante para la industria, ya que sustituir un catalizador obliga a detener y reiniciar los reactores, con el consiguiente impacto económico y ambiental.
El catalizador mantiene un rendimiento superior a 60 horas y resiste ocho ciclos de reacción y regeneración en hidrógeno.
Aplicaciones para la industria química y otros sectores
El monóxido de carbono obtenido puede destinarse tanto a su almacenamiento y posterior utilización en otros sectores industriales como a su aprovechamiento dentro de la propia instalación donde se genera.
Entre sus aplicaciones se encuentran el tratamiento de aceros, la industria electrónica, la síntesis de fármacos, la producción de metanol, hidrocarburos y polímeros. Asimismo, la tecnología permite integrar la reacción de conversión del CO₂ con otros procesos químicos dentro de la misma planta para producir combustibles o compuestos aromáticos, favoreciendo un mejor aprovechamiento de la energía generada.
La investigación ha sido desarrollada por el Grupo de Química en Superficies y Catálisis del ICMS en colaboración con la Universidad de California Santa Cruz (Estados Unidos) y la Universidad Forestal de Beijing (China). Para validar el comportamiento del catalizador, el equipo realizó diferentes análisis espectroscópicos que permitieron estudiar la evolución de su estructura electrónica durante el proceso catalítico.
El proyecto ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación, a través del proyecto SMART FTS, de la Junta de Andalucía, mediante el programa EMERGIA 2021, y del Centro de Investigación, Tecnología e Innovación de la Universidad de Sevilla (CITIUS).
