CO2 PARA OBTENER METANOL. UNA SOLUCIÓN AL EFECTO INVERNADERO

Una vez más, la Química es la solución para poner fin a problemas tan actuales como el efecto invernadero o el calentamiento global, y todo ello ha sido posible gracias a un grupo de investigadores de la Universidad de Sevilla, quienes han descubierto un nuevo catalizador capaz de convertir el CO2 en un combustible útil, metanol (CH3OH).

Figura 1: Imagen de un microscopio de barrido de efecto tunel (STM) que muestra el catalizador de cobre-óxido de cerio usado en la reacción del CO2 con el H2 para obtener metanol (CH3OH) y agua. Se observa como cambia la superficie del catalizador cuando se produce la reacción, por la reducción del cerio y el cobre. (Fuente: BNL Newsroom)

En más de una ocasión, habremos escuchado o leído la palabra catalizador, que no es más que una sustancia que se añade a una reacción química con el fin de acelerarla, permitiendo obtener el producto deseado en un plazo corto de tiempo.

Por lo tanto, el empleo de un catalizador es de gran importancia para llevar a cabo múltiples reacciones, tanto a nivel industrial como de laboratorio. Una de las tantas reacciones es la de transformación del CO2 en alcoholes, como el metanol, reacción que es difícil de llevar a cabo en ausencia de catalizador, debido a la gran dificultad que existe a la hora de activar la molécula de CO2, de gran estabilidad. 

Por ello, con el fin de solucionar este problema, miembros de un grupo de investigación Química Teórica de la Universidad de Sevilla, dirigido por el catedrático Javier Fernández Sanz, han descubierto un nuevo catalizador capaz de llevar a cabo esta reacción en poco tiempo. 

Dicho catalizador, se basa en una interfaz de cobre-óxido de cerio (CeOx-Cu), capaz de atrapar a las moléculas de CO2, desestabilizando sus enlaces, y por tanto, haciéndolas más reactivas. Más tarde, esas moléculas ya activadas de CO2 reaccionan con el H2 para formar metanol mediante una reacción de hidrogenación.

Figura 2: Atrapamiento de las moléculas de CO2 por los sitios catalíticos de la interfaz del catalizador CeOx-Cu. (Fuente: agenciasinc)

La combinación de los sitios catalíticos del metal y el óxido proporcionan unas propiedades químicas complementarias a las moléculas de CO2, lo que permite llevar a cabo la conversión en metanol 1.280 veces más rápido que con un catalizador de cobre, y 87 veces más rápido que con cualquier catalizador utilizado a nivel industrial.

Video: Imágenes de un microscopio de barrido de efecto tunel (STM, 5nm). Se muestra como en presencia de hidrógeno, el óxido de cobre del catalizador (rojo) se reduce gradualmente a cobre metálico (amarillo) para producir la fase activa del catalizador para la transformación de CO2 en metanol. Enlace del video en Youtube (está oculto): H2 Reduction (Fuente: BNL Newsroom)

                        

Las gran ventaja del empleo de este catalizador, no es solo por la rápida conversión del CO2 en metanol, sino por la fácil obtención de los reactivos implicados. El CO2 se toma directamente de la atmósfera, y el H2 se obtiene como subproducto en numerosos procesos industriales, concretamente en procesos petroquímicos y de gasificación del carbón.

Aunque ya ha sido comprobada la eficiencia de este potente catalizador, los investigadores siguen trabajando para poder adaptarlo a escala industrial.

Como curiosidad, se muestran algunas de las múltiples aplicaciones que presenta el metanol:

• Disolvente industrial
  

  

  Figura 3: Molécula de metanol. (Fuente: Wikipedia)

•  Obtención de formaldehído

• Anticongelante para vehículos

• Combustible para estufas de acampada

• Solvente de tintas, colorantes, resinas, adhesivos y   biocombustibles                             

• Aditivo a carburantes                                                                

• Pilas de combustible

• Combustible para motores de combustión interna 

Podemos decir que esta investigación no solo supone un gran avance en la lucha contra el efecto invernadero, la contaminación atmosférica o el calentamiento global, sino que además, este proceso, que va de la mano con la Química Verde, es capaz de convertir de manera sencilla y económica el CO2 en una fuente de energía útil y eficiente como el metanol.

Referencias:

Web de la noticia agenciasinc:

Un nuevo catalizador transforma el CO2 en metanol (US | 04 agosto 2014 15:12) (último acceso 09/12/2014).

Otra web de la noticia BNL:

BNL Newsroom | Nanostructured Metal-Oxide Catalyst Efficiently Converts CO2 to Methanol (July 31, 2014) (último acceso 09/12/2014).

Web del artículo completo de la revista científica science:

J. Graciani et al., Highly active copper-ceria and copper-ceria-titania catalysts for methanol synthesis from CO2. Science, 6 (2014) (último acceso 09/12/2014). 

Web de Javier Fernández Sanz de la Universidad de Sevilla:

Sanz Fernández, J., Página de Javier Fernández Sanz en SISIUS (2014) (último acceso 09/12/2014)

Web del grupo de investigación Química Teórica de la Universidad de Sevilla:

Sanz Fernández, J. Theoretical Chemistry Group (2014) (último acceso 09/12/2014).

Bibliografía:

Identificación, propiedades, toxicidad, obtención y aplicaciones del metanol en los siguientes enlaces:

Metanol - Wikipedia, la enciclopedia libre (último acceso 09/12/2014). 

E. Primo Yúfera, Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria. Tomo 1. (REVERTÉ, Barcelona, España 1996), vol. 1, pp. 337-338 (último acceso 09/12/2014).

H. Beyer, W. Walter, Manual de química orgánica. (REVERTÉ, ed. 19º, Barcelona, España 1987), pp. 125-126 (último acceso 09/12/2014).

 

K. Weissermel, H.-J. Arpe, Química orgánica industrial: productos de partida e intermedios más importantes. (REVERTÉ, Barcenlona, España, 1978), pp. 33-34 (último acceso 09/12/2014).

Realizado por: Fernando Luna Lama y Rafael Pintado Cantero