"Captura de carbono en combustible": ¿de dónde viene la energía?

Question

Hace poco encontré un artículo titulado "Los científicos encuentran una forma de convertir el dióxido de carbono del aire en combustible" ( aquí ), y mi reacción inmediata fue "seguramente no, el balance energético te mataría enseguida". Sin embargo, parece que se trata de una propuesta seria, con una pieza en Phys.org y un artículo de revista legítimo,

Conversión de CO ₂ del aire en metanol utilizando una poliamina y un catalizador homogéneo de rutenio. J. Kothandaraman et al. J. Am. Chem. Soc. 138 (3), pp 778-781 (2016) .

Los artículos de InterestingEngineering y Phys.org hablan sobre todo de los nuevos catalizadores encontrados por Kothandaraman y sus colaboradores, y el artículo de la revista está bastante por encima de mi cabeza, lo que sospecho que también es el caso de la mayoría del público en general.

Así que, en aras de que alguien en algún lugar deje claro que la energía siempre se conserva y que los planes milagrosos siempre tienen su coste: ¿de dónde procede la energía en el esquema de captura de carbono propuesto por Kothandaraman et al. ¿En qué recursos se almacena esa energía, qué cantidad de energía tienen esos recursos y cómo se crearían?

Answer 1

Esto es muy similar a cómo las plantas capturan el CO2 y forman "combustibles" (azúcares) para alimentarse. En el caso natural, la energía proviene de la luz solar captada por las clorofilas de las células vegetales, y la reacción química es llevada a cabo por un grupo de enzimas (Fotosistema I y Fotosistema II).

Muchos científicos están tratando de replicar este proceso industrialmente usando catalizadores artificiales, y esto parece ser de lo que habla tu fuente. En este caso, hay varias fuentes posibles para la energía. Las más comunes son la luz solar o la electricidad: en última instancia, estas reacciones químicas se deben a la transferencia de electrones, y un potencial eléctrico aplicado puede impulsarla. Esto es lo que hace el enfoque de la luz solar también - un electrón es excitado por un fotón, y en última instancia, esto conduce a la aplicación de un potencial que impulsa la reacción.

En cuanto a la cantidad de energía que se necesita... bueno, hay que tener en cuenta todo el panorama para entenderlo. Hay otra parte del proceso, que es la conversión del agua en gas oxígeno (¡por eso las plantas liberan oxígeno a la atmósfera!). La diferencia de potencial entre estos dos procesos resulta ser de +1,23 V, lo que supone una eficiencia termodinámica del 100%. La mayoría de los sistemas reales son bastante más altos (+1,7 a +1,8 V) porque parte de la energía se pierde en forma de calor, por lo que muchas investigaciones actuales se centran en reducir esta diferencia hasta el ideal de +1,23 V.

EDITAR: Me disculpo, los +1,23 V son para la reducción de H+ a H2. La reducción de CO2 a CH3OH está más cerca de +1,6 V.