El acetaldehído, un compuesto químico esencial en la producción de productos que van desde perfumes hasta plásticos, tiene actualmente su origen en el etileno, un petroquímico. Sin embargo, el creciente enfoque en la sostenibilidad y la reducción de las emisiones de carbono ha llevado a los científicos a buscar métodos más ecológicos para su producción. En este contexto, un equipo de investigación ha desarrollado un catalizador innovador que permite la conversión electroquímica de dióxido de carbono (CO2) en acetaldehído, ofreciendo una alternativa prometedora a los procesos industriales tradicionales que dependen de combustibles fósiles.
En la actualidad, el acetaldehído se produce mediante el proceso Wacker, que utiliza etileno derivado del petróleo y gas natural, así como otros compuestos químicos como fuertes ácidos. Este método no solo tiene una gran huella de carbono, sino que también es intensivo en recursos y no es sostenible a largo plazo. La nueva metodología, que convierte CO2 en productos útiles, aborda simultáneamente el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero y la necesidad de productos químicos valiosos.
Un avance en la catálisis
Los catalizadores a base de cobre han mostrado un potencial significativo para esta transformación, aunque hasta ahora habían enfrentado desafíos relacionados con la selectividad, lo que significa que producían una mezcla de productos en lugar del acetaldehído deseado. Un consorcio público-privado, liderado por Cedric David Koolen en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), ha dado un paso adelante al desarrollar un nuevo catalizador basado en cobre que puede convertir CO2 en acetaldehído con una selectividad del 92%.
Este avance, publicado en la revista Nature Synthesis, no solo representa una forma más verde y sostenible de producir acetaldehído, sino que también es escalable y rentable, lo que abre la puerta a aplicaciones industriales. Koolen afirma que «el proceso Wacker no ha cambiado en los últimos 60 años; estaba claro que era el momento de un avance ecológico».
Los investigadores lograron sintetizar diminutos grupos de partículas de cobre, cada uno de aproximadamente 1.6 nanómetros, mediante un método llamado ablación por chispa. Esta técnica, que permite controlar con precisión el tamaño de las partículas, fue fundamental para crear un catalizador estable y reutilizable. En sus experimentos, el equipo utilizó un sincrotrón, una instalación que genera una fuente de luz brillante, para confirmar que los grupos de cobre estaban efectivamente convirtiendo CO2 en acetaldehído mediante espectroscopía de absorción de rayos X.
Los resultados fueron sorprendentes, con una selectividad del 92% para el acetaldehído a un voltaje relativamente bajo, lo que es esencial para la eficiencia energética. Durante un test de estrés de 30 horas, el catalizador demostró una alta estabilidad y mantuvo su rendimiento en múltiples ciclos. Además, los investigadores encontraron que las partículas de cobre conservaron su naturaleza metálica durante toda la reacción, lo que contribuye a la longevidad del catalizador.
Las simulaciones computacionales revelaron que la configuración atómica de los grupos de cobre favorece la unión y transformación de las moléculas de CO2 de tal manera que se prioriza la producción de acetaldehído sobre otros posibles productos, como el etanol o el metano. «Lo interesante de nuestro proceso es que puede aplicarse a cualquier otro sistema catalítico», señala Jack K. Pedersen, coautor del estudio. «Con nuestro marco computacional, podemos examinar rápidamente grupos de partículas en busca de características prometedoras».
Este nuevo catalizador de cobre representa un avance significativo hacia una química industrial más verde. Si se logra escalar su producción, podría reemplazar el proceso Wacker, reduciendo la dependencia de los petroquímicos y disminuyendo las emisiones de CO2. Dado que el acetaldehído es un bloque de construcción para muchos otros productos químicos, esta investigación tiene el potencial de transformar múltiples industrias, desde la farmacéutica hasta la agricultura.
