Reducción Electroquímica
La reducción electroquímica del CO2 es un proceso RedOx (reacción de Reducción-Oxidación) que consiste en la oxidación del H2O y la reducción del CO2 al suministrarle una corriente de electricidad.
Reducción Electroquímica
Se trata de uno de los procesos más interesantes para almacenar la energía proveniente de fuentes renovables en forma de productos químicos o combustibles renovables.
Esta trasformación cuenta con dos reacciones químicas:
CO2 + 2H+ + 2e— ↔ CO + H2O
2H2O ↔ O2 + 4H+ + 4e—
Según el voltaje se suministra al sistema se oxida el agua, obteniendo iones hidronio (H+) y electrones (e–) en el ánodo. Estos fluyen hacia el cátodo donde se pueden enlazar y formar hidrógeno molecular (H2), o se pueden combinar con el CO2 para obtener productos de interés. Algunos de estos productos son: monóxido de carbono (CO), metanol (CH3OH), metano (CH4), ácido fórmico (HCOOH) …
Si se pueden obtener tantos productos, ¿cómo podemos aislar y sintetizar un único producto? Pues gracias a las condiciones de reacción y al catalizador que se utilice, somos capaces de reducir selectivamente el CO2 y obtener productos específicos con buenos rendimientos y selectividades.
Rendimiento VS Selectividad
Es importante destacar la diferencia entre el rendimiento y la selectividad.
- Rendimiento: Se trata del porcentaje de nuestro reactivo que se ha transformado en productos.
- Selectividad: Se trata del porcentaje de los productos deseado dentro de todos los productos obtenidos.
En un proceso químico es necesario tener tanto un elevado rendimiento (que se convierta nuestro reactivo en productos) como selectividad (que de los productos obtenidos tengamos mayor cantidad de nuestro producto deseado)
Ventajas e Inconvenientes
La catálisis homogénea ofrece ciertas ventajas e inconvenientes:
Ventajas
- Suaves condiciones de reacción
- Elevada selectividad
- Elevada actividad
Inconvenientes
- Baja estabilidad
- Complicada recuperación del medio de reacción
Transformación electroquímica del CO₂
La transformación electroquímica del CO₂ utiliza electricidad para disociar este gas en un solo paso, sin necesidad de partes móviles. Los productos químicos resultantes de esta conversión se liberan por separado en los compartimentos del ánodo y el cátodo de la celda. Entre los posibles productos de la reducción electroquímica del CO₂ se encuentran el monóxido de carbono (CO), metano, etileno, etanol, n-propanol, acetaldehído, propionaldehído, etanol, metanol, etilenglicol, glicolaldehído, hidroxiacetona, acetona y glioxal. En un electrolizador, el CO₂ se reduce en el cátodo, mientras que la reducción del oxígeno ocurre en el ánodo, funcionando como una pila de combustible a la inversa.
El desarrollo de catalizadores, electrodos y configuraciones celulares utilizadas en pilas de combustible convencionales también puede aplicarse a los procesos de electrólisis de CO₂. Sin embargo, es necesario realizar optimizaciones específicas, como mejorar la cinética del cátodo mediante el desarrollo de catalizadores más activos.
Las principales ventajas del proceso de reducción electroquímica del CO₂ incluyen su alta selectividad y el bajo coste de los catalizadores heterogéneos empleados. La reacción se lleva a cabo a temperatura y presión ambiente, y las celdas electroquímicas tienen un diseño modular y compacto. Este proceso ofrece una alternativa para utilizar el exceso de energía de fuentes renovables intermitentes, como la energía solar o eólica, y podría representar una opción viable para el almacenamiento de energía a gran escala.
No obstante, las dificultades técnicas, como la captura de CO₂ y el bloqueo de los puntos activos en la capa del catalizador, pueden afectar la rentabilidad económica del proceso frente a otras tecnologías de transformación del CO₂. Además de la actividad, el catalizador para la reducción del CO₂ debe tener una alta selectividad para minimizar la formación de productos no deseados.