Un pigmento azul económico convierte CO₂ en metano de manera eficiente

El dióxido de carbono (CO₂) es uno de los principales gases de efecto invernadero emitidos por las actividades humanas, pero también representa una fuente de carbono que podría reaprovecharse. Un equipo de investigadores de la Universidad Tohoku en Japón desarrolló un catalizador que convierte CO₂ directamente en metano (CH₄) con alta eficiencia, utilizando un pigmento azul económico y ampliamente disponible: la ftalocianina de cobre.

El sistema logró una densidad de corriente máxima de 575 miliamperios por centímetro cuadrado y una eficiencia de Faradaic del 79,5% para la producción de metano. Estos números demuestran que el catalizador puede convertir selectivamente CO₂ en metano a tasas elevadas, algo que ha sido difícil de alcanzar con los métodos convencionales.

La conversión directa de CO₂ en productos útiles utilizando electricidad generada a partir de fuentes renovables se conoce como reducción electroquímica de CO₂. Este enfoque ha atraído atención como una forma potencial de reciclar carbono mientras se reduce la dependencia de los recursos fósiles. El metano es particularmente atractivo como producto porque es un combustible gaseoso ampliamente utilizado y puede integrarse en la infraestructura de gas existente.

Sin embargo, producir metano directamente a partir de CO₂ es todo un desafío. La reducción electroquímica implica una red compleja de vías de reacción, y los catalizadores convencionales pueden producir varios productos diferentes junto con el metano. Separar y purificar estos productos añade complejidad y requisitos de energía al proceso general.

Los investigadores también aplicaron el catalizador de ftalocianina de cobre a un electrodo de difusión de gas, lo que permitió reducir el CO₂ a metano en un solo paso electroquímico. El sistema mantuvo una selectividad de metano superior al 60% durante aproximadamente 80 horas, demostrando una estabilidad notable en operación a largo plazo.

Esta durabilidad y selectividad representan una mejora respecto a los catalizadores convencionales de nanopartículas de cobre, que pueden producir una mezcla de diferentes productos y dificultar la separación posterior de gases.

El profesor Hiroshi Yabu, líder de la investigación, señaló que convertir CO₂ directamente en CH₄ en un solo paso de alta eficiencia ha sido un obstáculo significativo en el reciclaje de carbono. El uso de un pigmento azul de bajo costo y disponible podría hacer que este proceso sea más práctico y escalable.

Los próximos pasos del equipo incluyen probar el catalizador en un electrificador utilizando CO₂ capturado de emisiones industriales reales. También planean investigar su uso con CO₂ recuperado directamente de la atmósfera mediante tecnologías de captura directa del aire. Estos esfuerzos ayudarán a establecer las bases científicas y tecnológicas necesarias para evaluar el catalizador en aplicaciones de mayor escala.