Un equipo de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad de Washington en San Luis desarrolló una estrategia que permite a los catalizadores de cobre mantener su actividad durante 750 horas continuas sin pérdida de rendimiento. El avance, publicado en Nature Catalysis, conecta la conversión electroquímica de dióxido de carbono con el uso de fuentes renovables intermitentes y reduce los costos operativos en torno al 25 por ciento.
Los catalizadores de cobre transforman el CO2 en compuestos de valor comercial como el acetato. Hasta ahora, estos materiales requerían un suministro eléctrico estable. Cuando la electricidad provenía de renovables, los cortes provocaban daños irreversibles en el cátodo.
Daños causados por interrupciones eléctricas
Las pruebas mostraron que, en atmósfera de monóxido de carbono, el cobre acumulaba carbonato de cobre. En atmósfera de argón, el metal se oxidaba. Ambos procesos deterioraban de forma permanente la capacidad catalítica del material. El equipo constató estos mecanismos mediante espectroscopia Raman in situ, que permitió observar los cambios superficiales en tiempo real durante el funcionamiento.
El problema se agrava en regiones donde la energía renovable constituye la única fuente disponible. Cada apagado completo del sistema generaba una degradación acumulativa que obligaba a reemplazar el catalizador con mayor frecuencia y elevaba los costos.
Funcionamiento del apagado controlado
La solución consiste en mantener el sistema en un estado de baja actividad cuando falta suministro eléctrico. En lugar de apagarlo por completo, se reduce la densidad de corriente a menos del 1 por ciento de su valor normal. Este protocolo, denominado apagado controlado y desarrollado por Feng Jiao junto con Wanyu Deng y Ahryeon Lee, impide la formación de carbonatos y la oxidación del cobre.
Al evitar la exposición total del catalizador a condiciones oxidantes o carbonatantes, se preserva la estructura del material durante periodos prolongados. Las pruebas confirmaron que la eficiencia y selectividad del catalizador permanecen estables tras 750 horas de operación intermitente.
Optimización de costos según precio eléctrico
Además de la mayor durabilidad, la estrategia permite ajustar la producción al precio de la electricidad. Cuando la energía es más barata, el sistema opera a plena capacidad. Cuando el precio sube, la producción se reduce sin dañar el catalizador. Esta gestión dinámica genera un ahorro estimado del 25 por ciento en costos operativos, según los cálculos presentados en el estudio.
El enfoque resulta especialmente relevante para instalaciones que dependen exclusivamente de renovables, donde la variabilidad horaria y estacional de la generación obliga a frecuentes ajustes de carga.
Colaboración y metodología experimental
El trabajo contó con la participación de investigadores del Instituto de Tecnología de California y otras instituciones. La espectroscopia Raman in situ proporcionó evidencia directa de los mecanismos de degradación y validó la eficacia del nuevo protocolo. Las mediciones se realizaron en condiciones que simulan el funcionamiento real con fuentes renovables.
Próximos pasos hacia la escala industrial
Feng Jiao, titular de la cátedra Lauren y Lee Fixel, señaló que el objetivo inicial era adaptar la tecnología a contextos geográficos donde las renovables son la única opción energética. El siguiente objetivo consiste en desarrollar catalizadores aún más robustos y diseñar estrategias que permitan integrar el apagado controlado en procesos de electrólisis de monóxido de carbono a escala industrial.
El estudio subraya que la combinación de mayor estabilidad del catalizador y flexibilidad operativa abre la posibilidad de utilizar el CO2 como materia prima en cadenas de valor químicas alimentadas por fuentes renovables variables.
