La conversión de dióxido de carbono en combustibles y productos químicos utilizando energía renovable representa una ruta prometedora para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y reciclar carbono. Sin embargo, la estabilidad de las moléculas de CO2 hace que su activación sea intensiva en energía e ineficiente cuando se depende de una única fuente de energía. Investigaciones recientes destacan el poder de acoplar múltiples fuentes de energía, como luz con calor, electricidad con calor o plasma con energía térmica, para generar efectos sinérgicos que mejoran la eficiencia, selectividad y estabilidad.
La reducción de dióxido de carbono es fundamental para lograr la neutralidad de carbono, pero sigue estando obstaculizada por los fuertes enlaces químicos y la cinética de reacción lenta. Los enfoques catalíticos convencionales, incluida la termocatálisis, fotocatálisis, electrocátalisis y catálisis por plasma, han logrado avances importantes pero enfrentan limitaciones como alto consumo energético, pobre selectividad o rendimientos de producto insuficientes. Estos desafíos han impulsado el interés en sistemas híbridos que combinan múltiples entradas de energía.
Un equipo de investigación de la Universidad de Tecnología Avanzada de Shenzhen y colaboradores ha publicado una revisión exhaustiva (DOI:10.1016/j.esci.2024.100306) sobre sistemas catalíticos acoplados de energía sinérgica para la reducción de CO2. El artículo apareció en línea en mayo de 2025 en eScience. La revisión examina cómo la integración de energías térmicas, fotónicas, eléctricas y de plasma en sistemas catalíticos crea efectos sinérgicos que mejoran significativamente la eficiencia de conversión de CO2.
La revisión categoriza los sistemas acoplados de energía en enfoques fototérmicos, electrotérmicos y plasma-térmicos. La catálisis fototérmica combina luz y calor, maximizando el uso del espectro solar mientras reduce las altas demandas energéticas de la termocatálisis independiente. Por ejemplo, fototermocatalizadores asistidos por luz como Au/ZnWO4–ZnO y Ni/TiO2 han demostrado alta selectividad para la hidrogenación de CO2 en condiciones suaves con eficiencia mejorada.
Los sistemas electrotérmicos utilizan calentamiento resistivo de corrientes eléctricas para acelerar la metanación de CO2 y reacciones relacionadas. Métodos como el calentamiento interno eléctrico permiten que los catalizadores alcancen temperaturas de reacción en minutos, mejorando la eficiencia y reduciendo el envenenamiento. El acoplamiento plasma-térmico explota plasmas no térmicos que producen electrones energéticos y radicales en condiciones suaves, que cuando se combinan con catalizadores nanoestructurados logran alta conversión de CO2 a menores costos energéticos.
Los sistemas de energía dual representan un cambio de paradigma para la investigación futura de conversión de CO2. Al hacer la reducción de CO2 más eficiente y selectiva, estos sistemas permiten la producción sostenible de combustibles como metanol, metano e hidrocarburos multicarbono, así como productos químicos industrialmente relevantes como etanol y ácido acético. Más allá del reciclaje de carbono, estos enfoques catalíticos híbridos proporcionan un modelo para aprovechar la electricidad renovable y la energía solar de manera más efectiva en la fabricación química.
Si se escalan con éxito, estos sistemas podrían cerrar la brecha entre la investigación de laboratorio y la aplicación industrial, ofreciendo una vía viable para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y lograr objetivos de neutralidad de carbono a largo plazo. El desarrollo de sistemas impulsados por energía híbrida representa un avance significativo hacia tecnologías de reciclaje de carbono prácticas y escalables que podrían transformar la gestión del carbono a nivel global.
