Científicos de EPFL, la Universidad de Copenhague y la Universidad de Shanghai han presentado un innovador catalizador de cobre capaz de convertir dióxido de carbono en acetaldehído, un compuesto clave en la fabricación. Este desarrollo ofrece una alternativa sostenible a los métodos tradicionales basados en combustibles fósiles.
El acetaldehído, esencial para productos que van desde perfumes hasta plásticos, se produce principalmente mediante el proceso Wacker, que depende del etileno derivado de la petroquímica. A medida que aumentan las preocupaciones ambientales, la industria química busca cada vez más métodos de producción más ecológicos.
El proceso Wacker, establecido hace más de seis décadas, es intensivo en recursos y tiene una huella de carbono significativa. El nuevo catalizador aborda estos problemas al facilitar la reducción electroquímica del CO2, que no solo disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero, sino que también genera productos químicos valiosos.
Bajo la dirección de Cedric David Koolen, el equipo de investigación desarrolló un catalizador de cobre que logra una impresionante selectividad del 92% para el acetaldehído. Esta innovación, detallada en Nature Synthesis, podría reemplazar el obsoleto proceso Wacker, ofreciendo una solución escalable y rentable para aplicaciones industriales.
Koolen comentó: "El proceso Wacker no ha cambiado prácticamente en los últimos 60 años. Se basa en la misma química básica. Era hora de un avance ecológico." La investigación implicó la síntesis de pequeños grupos de cobre, de aproximadamente 1.6 nanómetros de tamaño, utilizando un método llamado ablación por chispas, que permite un control preciso sobre el tamaño de las partículas.
Los experimentos del equipo demostraron que los grupos de cobre mantenían una alta eficiencia y estabilidad durante las reacciones electroquímicas, alcanzando una selectividad para el acetaldehído a baja tensión. Esta eficiencia es crucial para la conservación de energía.
La coautora Wen Luo señaló: "Lo que realmente nos sorprendió fue que el cobre se mantuvo metálico, incluso después de la eliminación del potencial y la exposición al aire," destacando la reciclabilidad del catalizador debido a una capa de óxido que protege el núcleo de la oxidación.
Las simulaciones computacionales revelaron que la configuración atómica única de los grupos de cobre promueve las transformaciones químicas deseadas. El coautor Jack K. Pedersen enfatizó la versatilidad de este enfoque, afirmando: "Lo grandioso de nuestro proceso es que se puede aplicar a cualquier otro sistema de catalizadores." Este marco permite una rápida selección de nuevos materiales para la reducción de CO2 o la electrólisis del agua.
Este catalizador de cobre representa un avance significativo en la química industrial sostenible. Si se adopta a mayor escala, podría reducir la dependencia de productos petroquímicos y disminuir las emisiones de CO2, con el potencial de impactar diversos sectores, incluyendo la farmacéutica y la agricultura.