Reducción electroquímica de dióxido de carbono - Electrochemical reduction of carbon dioxide
La reducción electroquímica de dióxido de carbono es la conversión de dióxido de carbono ( CO
2) a especies químicas más reducidas que utilizan energía eléctrica. Es un paso posible en el amplio esquema de captura y utilización de carbono , sin embargo, se considera que es uno de los enfoques más prometedores.
La reducción electroquímica de dióxido de carbono representa un posible medio de producir productos químicos o combustibles, convirtiendo el dióxido de carbono ( CO
2) a materias primas orgánicas tales como ácido fórmico (HCOOH) , monóxido de carbono (CO) , metano (CH 4 ) , etileno (C 2 H 4 ) y etanol (C 2 H 5 OH) . Entre los catalizadores metálicos más selectivos en este campo se encuentran el estaño para el ácido fórmico, la plata para el monóxido de carbono y el cobre para el metano, etileno o etanol. También se han producido metanol, propanol y 1-butanol mediante reducción electroquímica de CO 2 , aunque en pequeñas cantidades.
Los primeros ejemplos de reducción electroquímica de dióxido de carbono datan del siglo XIX, cuando el dióxido de carbono se redujo a monóxido de carbono utilizando un cátodo de zinc . La investigación en este campo se intensificó en la década de 1980 tras los embargos de petróleo de la década de 1970. A partir de 2021, varias empresas, incluidas Siemens , Dioxide Materials y Twelve , están desarrollando la reducción electroquímica de dióxido de carbono a escala piloto .
Productos químicos de dióxido de carbono
En la fijación de carbono , las plantas convierten el dióxido de carbono en azúcares, a partir de los cuales se originan muchas vías biosintéticas. El catalizador responsable de esta conversión, RuBisCO , es la proteína más común en la tierra. Algunos organismos anaeróbicos emplean enzimas para convertir CO 2 en monóxido de carbono , a partir del cual se pueden producir ácidos grasos.
En la industria, algunos productos se elaboran a partir de CO 2 , como urea , ácido salicílico , metanol y ciertos carbonatos orgánicos e inorgánicos. En el laboratorio, a veces se usa dióxido de carbono para preparar ácidos carboxílicos en un proceso conocido como carboxilación . No se ha comercializado ningún electrolizador electroquímico de CO 2 que funcione a temperatura ambiente. Las celdas de electrolizador de óxido sólido (SOEC) de temperatura elevada para la reducción de CO 2 a CO están disponibles comercialmente. Por ejemplo, Haldor Topsoe ofrece SOEC para la reducción de CO 2 con un informe de 6-8 kWh por Nm 3 CO producido y una pureza de hasta 99,999% CO.
Los hidrosilanos reducen el dióxido de carbono (a metano ): Desafortunadamente, tales reacciones son estequiométricas y de interés exclusivamente académico.
Electrocatálisis
La reducción electroquímica de dióxido de carbono a varios productos se describe generalmente como:
| Reacción | Potencial de reducción
E o (V) |
|---|---|
| CO 2 + 2 H + + 2 e - → HCOOH | −0,61 |
| CO 2 + 2 H + + 2 e - → CO + H 2 O | −0,53 |
| CO 2 + 8 H + + 8 e - → CH 4 + 2 H 2 O | −0,24 |
| 2 CO 2 + 12 H + + 12 e - → C 2 H 4 + 4 H 2 O | −0,349 |
| 2 CO 2 + 12 H + + 12 e - → C 2 H 5 OH + 3 H 2 O | −0,329 |
Los potenciales redox para estas reacciones son similares a los del desprendimiento de hidrógeno en electrolitos acuosos, por lo que la reducción electroquímica de CO 2 suele ser competitiva con la reacción de desprendimiento de hidrógeno.
Los métodos electroquímicos han ganado una atención significativa: 1) a presión y temperatura ambiente; 2) en relación con las fuentes de energía renovables (ver también combustible solar ) 3) la controlabilidad competitiva, la modularidad y la ampliación son relativamente simples. La reducción electroquímica o conversión electrocatalítica de CO 2 puede producir productos químicos de valor agregado como metano, etileno, etanol, etc., y los productos dependen principalmente de los catalizadores seleccionados y potenciales operativos (aplicando voltaje de reducción).
Se ha evaluado una variedad de catalizadores homogéneos y heterogéneos . Se supone que muchos de estos procesos operan a través de la intermediación de complejos metálicos de dióxido de carbono . Muchos procesos adolecen de un sobrepotencial elevado, una eficacia de corriente baja, una selectividad baja, una cinética lenta y / o una estabilidad del catalizador deficiente.
La composición del electrolito puede ser decisiva. Los electrodos de difusión de gas son beneficiosos.
Ver también
- Electrometanogénesis
- Biobatería
- Electrocombustible
- Batería de limón
- Reducción fotoelectroquímica de dióxido de carbono
- Reducción fotoquímica de dióxido de carbono
- Conversión de energía electroquímica
- Reactor bioelectroquímico
Notas
Referencias
Otras lecturas
- LaConti AB, Molter TM, Zagaja JA (mayo de 1986). Reducción electroquímica de dióxido de carbono . En línea: Información para la industria de la defensa . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2012.
- Fujita E (enero de 2000). Dióxido de carbono (reducción) . Upton, NY (Estados Unidos): Brookhaven National Lab. (BNL).
- Neelameggham NR. "Tecnologías de reducción de dióxido de carbono: una sinopsis del simposio en TMS 2008" . Sociedad de Minerales, Metales y Materiales (TMS) .