Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Estocolmo ha logrado estudiar por primera vez la superficie de un catalizador de cobre y zinc durante el proceso de reducción de dióxido de carbono a metanol. Los resultados, obtenidos en la fuente de luz brillante PETRA III del DESY, se publican en la revista Science. Este avance proporciona un mejor conocimiento del proceso de síntesis de metanol y abre la posibilidad de encontrar materiales catalíticos más eficientes, lo que podría conducir a una transición verde en la industria química.
El metanol es un producto químico fundamental en la petroquímica y se produce en grandes cantidades anualmente. Puede utilizarse para fabricar diversos productos, como plásticos, detergentes, productos farmacéuticos y combustibles. También se ve como un posible portador de energía sostenible, donde el dióxido de carbono capturado y el hidrógeno generado por la electrólisis del agua podrían producir combustibles verdes, incluido el combustible de aviación. Esto podría contribuir a una transformación ecológica de la industria química, similar a lo que ha ocurrido con el acero ecológico, donde la energía renovable impulsa las células electrolíticas.
La producción industrial de metanol ocurre a través de un proceso catalítico en el que se transforma una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno en metanol . El catalizador utilizado generalmente contiene cobre, óxido de zinc y óxido de aluminio. Sin embargo, la comprensión del proceso catalítico y el estado químico de los componentes del catalizador durante la reacción han sido difíciles de determinar hasta ahora.
El equipo de investigadores desarrolló un nuevo instrumento de espectroscopia de fotoelectrones en la Universidad de Estocolmo, que permitió estudiar las superficies de los catalizadores a altas presiones y observar directamente lo que ocurre durante la reacción. Utilizaron la fuente de luz PETRA III del DESY en Hamburgo, que ofrece parámetros de haz ideales para este tipo de investigaciones.
Los investigadores pudieron determinar que el zinc se alea con el cobre en la superficie del catalizador, lo que crea sitios atómicos especiales donde se forma el metanol a partir del dióxido de carbono. Además, descubrieron que la presencia de monóxido de carbono en la mezcla de gases inhibe la formación de óxido de zinc a partir del dióxido de carbono.
Este conocimiento proporciona un punto de partida para optimizar los catalizadores existentes o buscar materiales catalíticos más eficientes. La esperanza es poder encontrar catalizadores que funcionen mejor con el hidrógeno producido por electrólisis para impulsar la transición verde en la industria química y reducir significativamente las emisiones de dióxido de carbono asociadas con esta industria. El estudio ha sido un esfuerzo conjunto entre la Universidad de Estocolmo, la Universidad de Innsbruck, la Universidad Técnica de Viena, el DESY y el Instituto Fritz-Haber de Berlín.
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