Un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan (UM) ha desarrollado un material catalizador innovador conocido como ftalocianina de cobalto, capaz de transformar el dióxido de carbono, uno de los principales impulsores del cambio climático, en combustibles renovables como el metanol.
El estudio, publicado en la revista ACS Catalysis, detalla cómo los investigadores de la UM exploraron el potencial de la ftalocianina de cobalto como catalizador para la conversión del dióxido de carbono en metanol a través de una serie de reacciones. En este proceso, el dióxido de carbono (CO2) se convierte primero en monóxido de carbono (CO), y luego el CO se transforma en metanol.
Este enfoque representa un método sostenible para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, al mismo tiempo que ofrece una vía para la producción de energía limpia. Durante mucho tiempo, los científicos han buscado formas de convertir químicamente el CO2 en combustibles como el metanol. Este último podría tener aplicaciones potenciales en la propulsión de vehículos de una manera más sostenible.
Aunque la conversión de CO2 en metanol ya se ha industrializado, lograr esta transformación a gran escala mediante procesos electroquímicos ha planteado desafíos significativos: “Nuestro enfoque es único porque nos permite aprovechar el conocimiento y la experiencia de diversos campos científicos y de ingeniería para abordar este problema complejo. Reunimos a científicos e ingenieros en un mismo equipo, fomentando la colaboración y la creatividad para diseñar y comprender el sistema de la mejor manera posible”, comentó Kevin Rivera-Cruz, coautor principal del estudio y recién doctorado en química por la UM.
La importancia del Cobalto en esta transformación
La ftalocianina de cobalto actúa como un anzuelo molecular para las moléculas de CO2 o CO. La disposición de estas moléculas alrededor del metal cobalto (geométricamente hablando) es crucial, ya que determina la fuerza de unión de cada molécula de gas. Los investigadores descubrieron que el problema radica en que la ftalocianina de cobalto se une mucho más fuertemente a las moléculas de CO2 que a las de CO. Como resultado, una vez que se produce CO en el primer paso, este es desplazado por otra molécula de CO2 antes de que pueda convertirse en metanol.
Utilizando modelos computacionales avanzados, los investigadores calcularon que la ftalocianina de cobalto se une al CO2 con una fuerza tres veces mayor que al monóxido de carbono. Estos resultados fueron confirmados mediante experimentos que midieron las velocidades de reacción al variar las cantidades de CO2 y CO.
Además, los investigadores demostraron que la diferencia en la afinidad de unión está relacionada con la interacción de los electrones del catalizador con las moléculas de CO2 y CO. Para abordar este problema, sugieren rediseñar el catalizador de ftalocianina de cobalto para fortalecer su interacción con el CO y disminuir la fuerza de unión al CO2.
Superar este obstáculo podría allanar el camino para el uso de catalizadores como la ftalocianina de cobalto en la conversión eficiente de residuos de CO2 en metanol a gran escala. Lo descubierto en este experimento nos permite un gran cambio en procesos industriales a favor de las energías renovables, a través de este proceso se podría dar prioridad a equipos que usen este tipo de combustibles y reducir el consumo de combustibles fósiles.
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