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Los científicos descubren una forma novedosa de producir etanol sin maíz u otras plantas

Científicos de Stanford descubren una nueva forma de producir etanol sin maíz u otras plantas
Los científicos de Stanford, Matthew Kanan y Christina Li, han creado un catalizador de cobre derivado del óxido que convierte el monóxido de carbono en etanol. El catalizador consta de una red continua de nanocristales de cobre con límites de grano bien definidos. La red nanocristalina puede ser crítica para producir etanol, dicen los científicos. Crédito: Matthew Kanan, Universidad de Stanford

Los científicos de la Universidad de Stanford han encontrado una forma nueva y altamente eficiente de producir etanol líquido a partir de gas monóxido de carbono.


por la Universidad de Stanford


Este descubrimiento prometedor podría proporcionar una alternativa ecológica a la producción convencional de etanol a partir de maíz y otros cultivos, dicen los científicos. Sus resultados se publican en la edición avanzada en línea del 9 de abril de la revista Nature .

«Hemos descubierto el primer catalizador metálico que puede producir cantidades apreciables de etanol a partir de monóxido de carbono a temperatura y presión ambiente, una reacción electroquímica notoriamente difícil», dijo Matthew Kanan, profesor asistente de química en Stanford y coautor del estudio Nature .

La mayor parte del etanol actual se produce en instalaciones de fermentación de alta temperatura que convierten químicamente el maíz, la caña de azúcar y otras plantas en combustible líquido. Pero el cultivo de cultivos para biocombustible requiere miles de acres de tierra y grandes cantidades de fertilizantes y agua. En algunas partes de los Estados Unidos, se necesitan más de 800 galones de agua para cultivar una fanega de maíz, que, a su vez, produce alrededor de 3 galones de etanol.

La nueva técnica desarrollada por la estudiante graduada de Kanan y Stanford, Christina Li, no requiere fermentación y, si se amplía, podría ayudar a abordar muchos de los problemas de uso de la tierra y el agua que rodean la producción de etanol en la actualidad. «Nuestro estudio demuestra la viabilidad de producir etanol por electrocatálisis», dijo Kanan. «Pero tenemos mucho más trabajo por hacer para hacer un dispositivo que sea práctico».

Electrodos novedosos

Hace dos años, Kanan y Li crearon un nuevo electrodo hecho de un material que llamaron cobre derivado de óxido. Utilizaron el término «derivado de óxido» porque el electrodo metálico se produjo a partir de óxido de cobre.

«Los electrodos de cobre convencionales consisten en nanopartículas individuales que simplemente se colocan una encima de la otra», dijo Kanan. «El cobre derivado de óxido, por otro lado, está hecho de nanocristales de cobre que están todos enlazados en una red continua con límites de grano bien definidos. El proceso de transformación del óxido de cobre en cobre metálico crea la red de nanocristales».

Para el estudio de Nature , Kanan y Li construyeron una celda electroquímica, un dispositivo que consta de dos electrodos colocados en agua saturada con gas monóxido de carbono . Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos de una celda convencional, fluye una corriente y el agua se convierte en gas oxígeno en un electrodo (el ánodo) y gas hidrógeno en el otro electrodo (el cátodo). El desafío era encontrar un cátodo que redujera el monóxido de carbono a etanol en lugar de reducir el agua a hidrógeno.

«La mayoría de los materiales son incapaces de reducir el monóxido de carbono y reaccionan exclusivamente con el agua», dijo Kanan. «El cobre es la única excepción, pero el cobre convencional es muy ineficiente».

En el experimento de Nature , Kanan y Li usaron un cátodo hecho de cobre derivado del óxido. Cuando se aplicó un pequeño voltaje, los resultados fueron dramáticos.

«El cobre derivado del óxido produjo etanol y acetato con un 57 por ciento de eficiencia faradaica», dijo Kanan. «Eso significa que el 57 por ciento de la corriente eléctrica se destinó a producir estos dos compuestos a partir de monóxido de carbono. Estamos entusiasmados porque esto representa un aumento de más de 10 veces en la eficiencia con respecto a los catalizadores de cobre convencionales. Nuestros modelos sugieren que la red nanocristalina en el óxido El cobre derivado fue fundamental para lograr estos resultados «.

Carbono neutral

El equipo de Stanford ha comenzado a buscar formas de crear otros combustibles y mejorar la eficiencia general del proceso. «En este experimento, el etanol fue el producto principal», dijo Kanan. «El propanol sería en realidad un combustible de mayor densidad energética que el etanol, pero en este momento no existe una forma eficiente de producirlo».

En el experimento, Kanan y Li encontraron que un catalizador de cobre derivado de óxido ligeramente alterado producía propanol con una eficiencia del 10 por ciento. El equipo está trabajando para mejorar el rendimiento de propanol afinando aún más la estructura del catalizador.

En última instancia, a Kanan le gustaría ver una versión ampliada de la celda catalítica alimentada por electricidad del sol, el viento u otro recurso renovable.

Para que el proceso sea neutro en carbono, los científicos tendrán que encontrar una nueva forma de producir monóxido de carbono a partir de energía renovable en lugar de combustible fósil, la fuente principal en la actualidad. Kanan prevé tomar dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera para producir monóxido de carbono, que, a su vez, se alimentaría a un catalizador de cobre para producir combustible líquido. El CO2 que se libera a la atmósfera durante la combustión del combustible se reutilizaría para producir más monóxido de carbono y más combustible, un proceso de circuito cerrado libre de emisiones.

«Ya existe tecnología para convertir CO2 en monóxido de carbono, pero la pieza que faltaba era la conversión eficiente de monóxido de carbono en un combustible útil que es líquido, fácil de almacenar y no tóxico», dijo Kanan. «Antes de nuestro estudio, existía la sensación de que ningún catalizador podría reducir eficientemente el monóxido de carbono a un líquido. Tenemos una solución a este problema que está hecha de cobre , que es barato y abundante. Esperamos que nuestros resultados inspiren a otras personas a trabajar en nuestro sistema o desarrollar un nuevo catalizador que convierta el monóxido de carbono en combustible «.



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