Producir etanol sin necesidad de maíz ni otras plantas

MADRID, 10 Abr. (EUROPA PRESS) -

   Científicos de la Universidad de Stanford, en California, Estados Unidos, han encontrado una manera nueva altamente eficiente de producir etanol líquido del gas monóxido de carbono. Este prometedor descubrimiento podría proporcionar una alternativa ecológica a la producción de etanol convencional a partir de maíz y otros cultivos, según los autores del trabajo, cuyos resultados se publican este miércoles en la edición digital de la revista 'Nature'.

   "Hemos descubierto el primer catalizador de metal que puede producir cantidades apreciables de etanol a partir de monóxido de carbono a temperatura ambiente y presión, una reacción electroquímica muy difícil", afirma el coautor del estudio Matthew Kanan, profesor asistente de Química en Stanford.

   La mayor parte del etanol se produce hoy en día en instalaciones de fermentación a alta temperatura que convierten químicamente el maíz, la caña de azúcar y otras plantas en combustible líquido. Pero la producción de cultivos para biocombustibles requiere de miles de acres de tierra y grandes cantidades de fertilizantes y agua, de forma que, por ejemplo, en algunas partes de Estados Unidos consume más de 800 galones (3.028 litros) de agua para generar un barril de maíz, el cual, a su vez, produce alrededor de 3 galones (11,36 litros) de etanol.

   La nueva técnica desarrollada por Kanan y la estudiante graduada de Stanford Christina Li no requiere fermentación y podría ayudar a resolver muchos de los problemas del uso de la tierra y el agua que rodean la producción de etanol en la actualidad. "Nuestro estudio demuestra la viabilidad de la producción de etanol por electrocatálisis --subraya Kanan--. Pero tenemos mucho más trabajo que hacer para crear un dispositivo que sea práctico".

ELECTRODOS NOVEDOSOS

   Hace dos años, Kanan y Li diseñaron un novedoso electrodo fabricado de un material al que llamaron derivado de óxido de cobre porque el electrodo metálico se produce a partir de óxido de cobre. "Los electrodos de cobre convencionales consisten en nanopartículas individuales que se asientan una sobre otra. Por otro lado, el derivado de óxido de cobre, está hecho de nanocristales de cobre que están unidos entre sí en una red continua con los límites de cada grano bien definidos. El proceso de transformación de óxido de cobre en cobre metálico crea la red de nanocristales", detalla Kanan.

   Para este nuevo estudio, Kanan y Li construyeron una célula electroquímica, un dispositivo que consta de dos electrodos colocados en agua saturada con gas de monóxido de carbono. Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos de una célula convencional, fluye una corriente y el agua se convierte en gas de oxígeno en un electrodo (ánodo) y gas de hidrógeno en el otro electrodo (el cátodo).

   El reto era encontrar un cátodo que redujera el monóxido de carbono a etanol en lugar de reducir el agua en hidrógeno. "La mayoría de los materiales son capaces de reducir el monóxido de carbono y exclusivamente reaccionar con el agua. El cobre es la única excepción, pero el cobre convencional es muy ineficiente", subraya Kanan, quien junto a Li usó un cátodo derivado de óxido de cobre, al que se le aplicó un pequeño voltaje dando resultados espectaculares.

   "El derivado de óxido de cobre produjo etanol y acetato con un 57 por ciento de eficiencia farádica", dijo Kanan, quien explica que este resultado significa que el 57 por ciento de la corriente eléctrica entró en la producción de estos dos compuestos a partir de monóxido de carbono. "Estamos muy contentos porque esto representa un aumento de más de diez veces la eficiencia de los catalizadores de cobre convencionales. Nuestros modelos sugieren que la red nanocristalina en el derivado de óxido de cobre era fundamental para lograr estos resultados", añade.

   El equipo de Stanford ha comenzado a buscar maneras de crear otros combustibles y mejorar la eficiencia global del proceso. "En este experimento, el etanol es el principal producto --recuerda Kanan--. El propanol sería en realidad un combustible energético con densidad más alta que el etanol, pero en este momento no hay ninguna forma eficiente de producirlo".

   En el experimento, Kanan y Li encontraron que un catalizador de derivado de óxido de cobre ligeramente alterado produce propanol con una eficiencia del 10 por ciento, por lo que 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 célula catalítica alimentada mediante electricidad solar, eólica u otros recursos renovables.

   Para que el proceso sea neutro en carbono, los científicos tendrán que encontrar una nueva manera de hacer monóxido de carbono de energía renovable en lugar de combustibles fósiles, la fuente primaria de hoy. Kanan prevé tomar dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera para producir monóxido de carbono, el cual, a su vez, alimente un catalizador de cobre para producir combustible líquido, de forma que el CO2 que se libera a la atmósfera durante la combustión de combustible sería reutilizado para hacer más monóxido de carbono y más combustible, creándose un bucle cerrado en un proceso libre de emisiones.

   "Ya existe tecnología que convierte CO2 en monóxido de carbono, pero la pieza que faltaba era la conversión eficiente de monóxido de carbono a un combustible útil que fuera líquido, fácil de almacenar y no tóxico", destaca Kanan. "Antes de nuestro estudio, hubo una sensación de que ningún catalizador podría reducir de manera eficiente el monóxido de carbono a un líquido. Tenemos una solución a este problema que está hecha de cobre, que es barata 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", concluye.