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Para recuperar sustancias valiosas del CO₂, éste debe reducirse en muchos pasos individuales. Si para ello se utiliza la electrocatálisis, se forman muchas moléculas potenciales potencialmente diferentes, que no necesariamente pueden aprovecharse. Los biocatalizadores, en cambio, son selectivos y sólo producen un producto, pero también son muy sensibles.
Un equipo internacional de investigación dirigido por el profesor Wolfgang Schuhmann, del Centro de Electroquímica de la Ruhr-Universität de Bochum (Alemania), y el Dr. Felipe Conzuelo, de la Universidade Nova de Lisboa (Portugal), ha desarrollado una cascada de catálisis híbrida que aprovecha las ventajas de ambos procesos. Los investigadores informan en la revista ´Angewandte Chemie Interational Edition´ del 23 de diciembre de 2024.
El metanol es una de las sustancias que nos gustaría obtener a partir del CO₂, perjudicial para el clima. A menudo se utiliza como materia prima de síntesis en la industria química. "Para producir metanol son necesarios muchos pasos de reducción, ya que el dióxido de carbono es la forma de carbono más oxidada", explica Wolfgang Schuhmann.
La electrocatálisis es capaz de iniciar estos pasos. Sin embargo, aunque sigue siendo selectiva en el primer paso, la ruta de reacción se ramifica y se forman hasta 16 productos diferentes, no necesariamente metanol. La situación es diferente con los biocatalizadores: estas enzimas naturales catalizan una sola reacción y, por tanto, sólo dan lugar a un producto. Sin embargo, son complicadas de manejar, muy sensibles o requieren cofactores para la reacción.
Para combinar las ventajas de ambos procesos, el equipo dirigido por los primeros autores Panpan Wang y Xin Wang unió la electrocatálisis y la biocatálisis. Mientras que el primer paso de la reacción de CO₂ a formiato es electrocatalítico, el segundo y el tercero son catalizados por la formaldehído deshidrogenasa y la alcohol deshidrogenasa. Estas enzimas necesitan NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) como cofactor, que se consume en la reacción catalítica y debe regenerarse.
Esta regeneración se consigue mediante una tercera enzima. Finalmente, se produce la valiosa sustancia metanol. "El trabajo demuestra que este tipo de cascadas híbridas son en principio viables y posibilitan reacciones complejas de varios pasos de forma selectiva", resume Wolfgang Schuhmann.
