Un equipo de la Escuela McKelvey de Ingeniería, perteneciente a la Universidad de Washington en San Luis (WashU), ha diseñado una estrategia que permite que los catalizadores hechos a base de cobre conserven su actividad durante 750 horas ininterrumpidas. En todo ese lapso, los catalizadores no muestran pérdida de rendimiento ni de eficiencia.
Este logro se alcanza incluso cuando la energía eléctrica que alimenta el sistema proviene de una fuente intermitente. El hallazgo, cuyas conclusiones fueron publicadas en la revista Nature Catalysis, ofrece una vía para vincular el proceso de conversión del dióxido de carbono (CO₂) —un gas de desecho— con el aprovechamiento de energías renovables como la solar y la hidroeléctrica, y logra reducir los costos operativos en aproximadamente un 25%.
Los catalizadores encargados de transformar el CO₂ en productos de valor comercial —como el acetato— fueron concebidos originalmente para operar con un suministro eléctrico permanente y estable.
El problema surge cuando la electricidad utilizada se genera a partir de fuentes renovables, ya que, por su naturaleza, estas fuentes presentan variaciones. Cada vez que el sistema se apagaba, el cátodo de cobre sufría daños estructurales.
Según detalla el estudio difundido en Nature Catalysis, cuando el cobre estaba expuesto al monóxido de carbono, el metal acumulaba carbonato de cobre; mientras que en una atmósfera de argón, el cobre se oxidaba. Tanto la acumulación de carbonatos como la oxidación dañan de forma irreversible la capacidad del material para actuar como catalizador.
La solución presentada por el equipo liderado por Feng Jiao —profesor titular de la cátedra Lauren y Lee Fixel en McKelvey— consiste en evitar el apagado total del sistema ante cortes en el suministro eléctrico. Proponen que el sistema se mantenga en funcionamiento, aunque opere con menos del 1% de la densidad de corriente que recibe en condiciones normales.
Ese procedimiento, al que denominaron “apagado controlado” y que fue desarrollado conjuntamente con Wanyu Deng y Ahryeon Lee, impide la formación de carbonatos y la oxidación del cobre, preservando la integridad del catalizador a largo plazo.
Cómo reduce los costos operativos
El beneficio de esta innovación no se limita al aspecto técnico. La nueva estrategia también facilita la optimización de los costos operativos, ya que permite ajustar el ritmo de producción según el precio de la electricidad: el sistema puede aumentar su actividad y producir más cuando la energía eléctrica es más barata, y disminuir la producción cuando los costos se elevan.
De esta manera, la mayor durabilidad y la gestión dinámica del consumo energético se traducen en una reducción de costos cercana al 25%, según el informe publicado por Nature Catalysis.
Cómo probaron el deterioro del cobre
El trabajo se realizó con investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y de otras instituciones colaboradoras. Para monitorear cómo cambiaba la superficie del cátodo de cobre mientras el sistema funcionaba en condiciones reales, el equipo recurrió a la espectroscopía Raman in situ.
Gracias a ese método, los especialistas observaron en tiempo real los mecanismos por los que se producían las degradaciones y comprobaron la efectividad del protocolo de apagado implementado.
El próximo paso de la investigación
Jiao afirmó, en declaraciones recogidas por Nature Catalysis, que el punto de partida de toda la investigación fue la necesidad de adaptar esta tecnología a contextos geográficos diversos donde puede ocurrir que la energía renovable sea la única fuente disponible para funcionar.
“El próximo paso es desarrollar sistemas de catalizadores aún más robustos y pensar en estrategias que puedan integrarse de forma transparente en los procesos de electrólisis de monóxido de carbono en una escala industrial”, aseguró el investigador.
Fuente: Infobae
