Los investigadores han descubierto que el manganeso, un metal abundante y de bajo coste, puede convertir eficazmente el dióxido de carbono en formiato, una potencial fuente de hidrógeno para pilas de combustible. La clave ha sido un ingenioso rediseño que permite que el catalizador funcione mucho más tiempo que otros materiales de bajo coste similares. Sorprendentemente, el catalizador de manganeso mejorado supera incluso a muchos catalizadores basados en metales preciosos. Este hallazgo podría permitir transformar los gases de efecto invernadero en ingredientes para energía limpia.

Nueva investigación

Los científicos han encontrado un método de bajo coste para convertir dióxido de carbono en un valioso precursor de energía limpia utilizando manganeso, un elemento común.
Un nuevo estudio de científicos de las universidades de Yale y Missouri muestra que los catalizadores basados en manganeso pueden convertir de manera eficiente el dióxido de carbono en formiato. El manganeso es abundante y barato, lo que lo convierte en un sustituto ideal de los metales caros. El formiato se considera un material prometedor para el almacenamiento de hidrógeno y podría alimentar la próxima generación de pilas de combustible. La investigación se publicó en la revista Chem.

Por qué las pilas de combustible de hidrógeno son importantes

Las pilas de combustible de hidrógeno funcionan de manera similar a las baterías, convirtiendo la energía química del hidrógeno en electricidad. Aunque esta tecnología es prometedora para la energía limpia, su adopción generalizada se ve limitada por la dificultad y el alto coste de producir y almacenar hidrógeno de manera eficiente.
«La utilización del CO₂ es ahora una prioridad, ya que buscamos materias primas químicas renovables para sustituir a las derivadas de los combustibles fósiles«, dijo Hazari, profesor de química John Randolph Hoffman y director del departamento de química de la Facultad de Artes y Ciencias de Yale (FAS).

El formiato como portador de hidrógeno

El ácido fórmico, la forma protonada del formiato, se produce actualmente a escala industrial. Se utiliza comúnmente como conservante, agente antibacteriano y curtiente para cuero. Muchos científicos creen que, si pudiera producirse de manera sostenible y eficiente, el ácido fórmico también podría servir como una fuente práctica de hidrógeno para pilas de combustible.
En la actualidad, la mayor parte de la producción industrial de formiato depende de combustibles fósiles, lo que limita sus beneficios ambientales a largo plazo. Los investigadores afirman que una alternativa más limpia sería producir formiato directamente a partir del dióxido de carbono del aire. Este enfoque reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero y generaría productos químicos útiles.

El desafío de los catalizadores

Convertir el dióxido de carbono en formiato requiere un catalizador, lo que ha supuesto un obstáculo importante. Muchos de los catalizadores más eficaces desarrollados hasta ahora dependen de metales preciosos, que son caros, escasos y a menudo tóxicos. Los metales más abundantes tienden a descomponerse, lo que reduce su capacidad para catalizar la reacción química.

Cómo el manganeso superó las expectativas

El equipo de investigación desarrolló una nueva estrategia para superar este problema. Al rediseñar la estructura del catalizador, consiguieron aumentar significativamente la vida útil de los catalizadores basados en manganeso. Como resultado, estos catalizadores superaron en rendimiento a la mayoría de los catalizadores de metales preciosos.
Los investigadores dicen que la mejora clave fue la adición de un átomo donante extra en el diseño del ligando (los ligandos son átomos o moléculas que se unen al átomo metálico e influyen en su reactividad). Este cambio ayuda a estabilizar el catalizador y mantener su eficacia.