La sostenibilidad es un tema importante en los negocios y la industria en estos días. Muchas empresas reconocen la necesidad de encontrar las mejores soluciones climáticamente neutras posibles para fabricar sus productos y reducir su emisión de contaminantes. Esto significa que están buscando opciones de fabricación que no requieran el uso de materias primas fósiles. Se ve un gran potencial a este respecto en la electrosíntesis, proceso que implica la transformación de sustancias químicas en una celda de electrólisis utilizando energía eléctrica.

Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Siegfried Waldvogel, portavoz del Área de Investigación de Alto Nivel SusInnoScience en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), ya ha demostrado, por ejemplo, que es posible utilizar esta técnica para extraer el compuesto aromático vainillina de los desechos de madera. Una aplicación particularmente prometedora de la electrosíntesis sería su uso para la producción de precursores de plásticos. La electrosíntesis no solo sería más eficiente que las técnicas convencionales sino que tampoco implicaría el consumo de recursos fósiles. Sin embargo, hay un inconveniente importante y hasta ahora en gran parte pasado por alto:durante la electrosíntesis, ocurre un proceso conocido como corrosión catódica. El equipo de Waldvogel decidió explorar este tema más profundamente, primero realizando una revisión de la literatura sobre el tema. Los resultados de esa investigación se han publicado recientemente en Reseñas de productos químicos .

El equipo de investigación evaluó artículos relacionados con la corrosión catódica que han aparecido en los últimos 130 años. incluyendo unos 30 artículos que ellos mismos produjeron. "Nuestro equipo y un grupo chino son los únicos con la experiencia necesaria para llevar a cabo dicha revisión de la literatura, "enfatizó Waldvogel.

Según Waldvogel, Los científicos conocen el problema de la corrosión catódica desde hace más de 200 años. pero todavía no se ha encontrado un medio para prevenirlo. Mientras que la oxidación del electrodo positivo, el ánodo, durante la electrólisis se ha investigado a fondo, Todavía quedan muchas preguntas sin respuesta sobre la reducción que ocurre en el electrodo negativo, el cátodo. "Es necesario utilizar materiales para los electrodos que tengan un alto sobrepotencial con respecto al hidrógeno, por eso, los metales pesados ​​tóxicos, como plomo y estaño, estan empleados, "dijo Waldvogel." Sin embargo, el cátodo se disuelve gradualmente, o se corroe, y libera estos metales venenosos. "Esto puede resultar en la contaminación de los químicos sintetizados, cual es, por supuesto, un efecto indeseable. "Si pudiéramos prevenir esta corrosión, habríamos eliminado uno de los principales obstáculos en el camino hacia la electrificación de los procesos de producción, ", agregó. El químico está trabajando actualmente en dos proyectos diseñados para encontrar una solución al problema. El proyecto denominado" Estrategias para superar las limitaciones contemporáneas de las conversiones electrosintéticas reductoras en medios acuosos "acaba de iniciarse este mes. Está siendo financiado por la Fundación de Investigación Alemana (DFG) y la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos por una suma de aproximadamente 1 millón de euros.

El enfoque aquí está en una aplicación práctica. Trabajando en colaboración con un equipo de la Universidad Estatal de Iowa, el objetivo es desarrollar un método para generar precursores de plásticos a partir de desechos agrícolas, y estos productos se sintetizarán en el cátodo. "Suponiendo que tengamos éxito, en el futuro podremos utilizar residuos para fabricar productos químicos intermedios, resultando en una mejora del valor sostenible, ", afirmó Waldvogel. Según el equipo de la Universidad de Mainz, principalmente considerarán las diversas formas en que los electrodos pueden ser recubiertos con sales, mientras que sus contrapartes estadounidenses se concentrarán en el uso de aleaciones con las que se espera que se pueda inhibir la corrosión catódica.

Desde principios de 2021, investigadores de las dos áreas de investigación de alto nivel de la JGU, SusInnoScience y M ³ ODEL han estado trabajando juntos en el proyecto ECHELON, para lo cual la Fundación Carl Zeiss está aportando unos 2 millones de euros en financiación. "El objetivo es comprender mejor la teoría subyacente de los procesos que ocurren durante la electrólisis. Para ello, estamos combinando aspectos de los dos campos importantes de la química cuántica y el modelado multiescala, ", dijo Waldvogel." La química cuántica nos permite calcular las reacciones químicas en el cátodo, mientras que el modelado multiescala nos permite mapear teóricamente el movimiento y la concentración de los iones en el fluido que rodea al cátodo, " Él concluyó.