De la fabricación de electrodos al diseño de un electrolizador de CO2

Abstract

Las tecnologías de captura, conversión y almacenamiento de CO₂ son clave para descarbonizar sectores difíciles. Entre ellas, la electrorreducción de CO₂ a productos útiles, como el formiato, destaca por su potencial en economía circular y almacenamiento de energía renovable. Esta tesis doctoral, alineada con el grupo DePRO de la Universidad de Cantabria, busca escalar esta tecnología desde el laboratorio a un demostrador mayor escala. Se optimizó la fabricación de electrodos mediante pulverización ultrasónica y se abordaron problemas como la desactivación por sales. Se diseñó un prototipo de 100 cm² que logró concentraciones de formiato de hasta 760 g/L con una eficiencia del 67 %. Paralelamente, se aplicó ciencia de datos para modelar el sistema y diseñar una planta integrada de captura y conversión. Además, se exploraron mejoras como superficies fotoactivas, ánodos industriales basados en níquel y campos magnéticos, logrando mayor productividad y selectividad en la electrorreducción de CO₂.

Technologies for CO₂ capture, conversion, and storage are increasingly vital for decarbonizing hard-to-abate sectors. Among them, CO₂ electroreduction to value-added products like formate stands out for its potential in circular economy and renewable energy storage. This doctoral thesis, aligned with the DePRO group at the University of Cantabria, aims to scale up this technology from lab-scale to a larger demonstrator. Gas diffusion electrodes (GDEs) were optimized using ultrasonic spray techniques, addressing deactivation issues such as salt precipitation. A 100 cm² prototype was developed, achieving formate concentrations up to 760 g/L and 67% faradaic efficiency. Data science was integrated to model the system and design a CO₂ recycling plant. Further improvements included photoactive surfaces to enhance energy efficiency, nickel-based anodes to simulate industrial conditions, and external magnetic fields to boost mass transfer. These strategies significantly increased productivity and selectivity, validating the scalability and industrial relevance of CO₂ electroreduction to formate.