Mejora de la reducción electroquímica de CO2 a alcoholes: Impacto de la configuración del reactor y del acoplamiento de campos magnéticos externos

Abstract

El cambio climático provocado por las emisiones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO₂), derivadas en gran parte de la quema de combustibles fósiles, plantea uno de los principales desafíos del siglo XXI. Ante esta situación, tecnologías como la captura y valorización de CO₂ están adquiriendo una creciente importancia, principalmente aquellas que permiten su conversión directa en productos químicos útiles, posibilitando el uso de energías renovables. La reducción electroquímica de CO₂ (ERCO₂) constituye una alternativa prometedora dentro de la economía circular del carbono, cuya aplicación práctica se ve dificultada por la baja selectividad hacia productos complejos como los alcoholes, la competencia con la reacción de evolución de hidrógeno (HER), el elevado consumo energético asociado a las múltiples transferencias electrónicas requeridas y otras barreras técnicas(Dongare et al., 2021). En este contexto, el grupo DePRO de la Universidad de Cantabria viene investigando en los últimos años diversos catalizadores y configuraciones de reactor para mejorar la eficiencia y la selectividad del proceso de ERCO2. Recientemente, además, el grupo ha comenzado a explorar el uso de campos magnéticos en estos sistemas para mejorar la productividad del proceso hacia formiato. Dentro de esta línea de investigación, el presente trabajo explora el uso de catalizadores basados en estructuras metal-orgánicas (MOF), en particular Ni-MOF-74 y Mg-MOF-74, evaluando su comportamiento en una celda de flujo, siendo el primer estudio centrado en la aplicación de campos magnéticos para potenciar la formación de etanol, uno de los productos más deseables por su densidad energética, versatilidad y valor industrial (González-Fernández et al., 2024; Abarca et al., 2025).

Climate change, driven by greenhouse gas emissions such as carbon dioxide (CO₂), primarily from the burning of fossil fuels, represents one of the greatest challenges of the 21st century. In response to this situation, technologies such as CO₂ capture and valorisation are gaining increasing importance, particularly those enabling its direct conversion into useful chemical products, thereby facilitating the use of renewable energy. The electrochemical reduction of CO₂ (ERCO₂) represents a promising alternative within the carbon circular economy, whose practical application is limited by the low selectivity towards complex products such as alcohols, competition with the hydrogen evolution reaction (HER), the high energy consumption associated with the multiple electron transfers required, and other technical barriers (Dongare et al., 2021). In this context, the DePRO group at the University of Cantabria has been investigating various catalysts and reactor configurations in recent years to improve the efficiency and selectivity of the ERCO₂ process. More recently, the group has also begun exploring the use of magnetic fields in these systems for formate production. Within this research line, the present work explores the use of metal-organic framework (MOF)-based catalysts, specifically Ni-MOF-74 and Mg-MOF-74, evaluating their performance in a flow cell, being the first study focused on the application of magnetic fields to enhance ethanol formation, one of the most desirable products due to its energy density, versatility, and industrial value (González-Fernández et al., 2024; Abarca, Wu, et al., 2025).