La reducción electroquímica de dióxido de carbono es la conversión de dióxido de carbono en especies químicas más reducidas utilizando energía eléctrica. Es un posible paso en el amplio esquema de captura y utilización de carbono . 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. 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) , [1] monóxido de carbono (CO) , metano (CH 4 ) , etileno (C 2 H 4 ) y etanol (C 2 H 5 OH) . [2] [3] [4] 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. [5]
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. [6]
En la industria, algunos productos se elaboran a partir de CO 2 , como urea , ácido salicílico , metanol y ciertos carbonatos orgánicos e inorgánicos. [7] En el laboratorio, a veces se usa dióxido de carbono para preparar ácidos carboxílicos . No se ha comercializado ningún electrolizador electroquímico de CO 2 que funcione a temperatura ambiente. Las celdas de electrolizador de óxido sólido de temperatura elevada (SOEC) para la reducción de CO 2 a CO están disponibles comercialmente. Por ejemplo, Haldor Topsoe ofrece SOEC para la reducción de CO 2 con una producción de CO de 6-8 kWh por Nm 3 [nota 1] y una pureza de CO de hasta 99,999% [8].
Electrocatálisis
La reducción electroquímica de dióxido de carbono a varios productos se describe generalmente como:
Reacción | Potencial de reducción [9] 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. [4]
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. [10] 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). [11] [12] [13]
Se ha evaluado una variedad de catalizadores homogéneos y heterogéneos [14] . [4] [2] Se supone que muchos de estos procesos operan a través de la intermediación de complejos metálicos de dióxido de carbono . [15] Muchos procesos sufren de sobrepotencial alto, baja eficiencia de corriente, baja selectividad, cinética lenta y / o poca estabilidad del catalizador. [dieciséis]
La composición del electrolito puede ser decisiva. [17] [18] Los electrodos de difusión de gas son beneficiosos. [19] [20] [21]
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
- ^ Metro cúbico normal: la cantidad de gas que ocupa un metro cúbico a temperatura y presión estándar .
Referencias
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