Los electrodos inducidos por corrosión mejoran la eficiencia de conversión de la biomasa
La biomasa es uno de los recursos renovables más abundantes de la Tierra y puede convertirse catalíticamente en combustibles y productos químicos como alternativa sostenible a los recursos fósiles. Incluye materiales orgánicos procedentes de plantas, residuos agrícolas, desechos forestales y otras fuentes biológicas, que sirven de materia prima para productos químicos, combustibles y materiales de origen biológico. La biomasa se clasifica en fuentes alimentarias (caña de azúcar, remolacha azucarera, residuos de frutas, fécula de patata), fuentes no alimentarias (madera, serrín, residuos de cultivos como el rastrojo de maíz y la paja de trigo) y biomasa de algas (microalgas y macroalgas ricas en polisacáridos). Por su abundancia, renovabilidad y carácter ecológico, la biomasa desempeña un papel crucial en el desarrollo sostenible.
El 5-hidroximetilfurfural (HMF) actúa como una molécula puente clave que une la biomasa natural con la química fina de alto valor.
El 2,5-bis(hidroximetil)furano (BHMF) se utiliza como precursor de poliésteres biodegradables, poliuretanos y resinas a base de furano utilizadas en revestimientos, adhesivos y compuestos. Además, puede transformarse en plásticos respetuosos con el medio ambiente, productos de caucho, productos farmacéuticos intermedios y productos químicos biológicos. Cuando se hidrogenan, producen 2,5-dimetilfurano (DMF), un biocombustible de alto valor energético, y se utilizan en aditivos de combustible para mejorar la eficiencia de la combustión. Los derivados del BHMF se emplean como disolventes ecológicos y alternativas sostenibles a los productos químicos basados en el formaldehído en procesos industriales. Una vía prometedora es la conversión electrocatalítica del HMF en BHMF, que ofrece una ruta eficiente para producir bioproductos químicos de alta calidad. Un factor clave en este proceso es el diseño y la optimización de catalizadores metálicos rentables, que son esenciales para mejorar la eficiencia de la reacción, la selectividad y la sostenibilidad en las transformaciones electrocatalíticas. Este estudio utiliza el principio de la corrosión espontánea de metales para desarrollar catalizadores, ofreciendo una estrategia rentable para producir electrocatalizadores altamente eficientes para la conversión de biomasa. La Figura 1 presenta una representación gráfica del electrodo de CoCuMW/CF inducido por corrosión para la electrorreducción de HMF a BHMF, mientras que la Figura 2 ilustra las rutas sintéticas para CuMW/CF y CoCuMW/CF.
Fig. 2: Ilustración de las rutas de síntesis de CuMW/CF y CoCuMW/CF
La corrosión, típicamente asociada a la degradación del material y a pérdidas económicas, se reutiliza aquí para la mejora de la biomasa. Se fabricaron matrices de microhilos de CoCu (CoCuMW/CF) sobre espuma de cobre utilizando inducción de corrosión potenciada por iones de cobalto, lo que permitió la reducción / hidrogenación electroquímica (ECH) eficiente de HMF a BHMF. El electrodo CoCuMW/CF alcanzó una impresionante tasa de conversión de HMF del 95,7% y un rendimiento de BHMF del 85,4% a -0,5 V frente al electrodo de hidrógeno reversible (RHE) en la solución salina neutra tamponada con fosfato 0,5 M (PBS), demostrando un rendimiento superior de hidrogenación en un electrolito neutro. El excelente rendimiento electroquímico se atribuye a las matrices de microhilos de Cu modificados con cobalto, que ofrecen una alta densidad de interfaces catalíticas distribuidas uniformemente por la superficie del electrodo. Además, la energía de activación (Ea) para la reducción electrocatalítica del HMF fue de 16,6±2,5 kJ-mol-1, significativamente menor que la de varios sistemas termocatalíticos, incluyendo el Cu₁-Cu0 (39.0 kJ-mol-1), CuZnAl (70,9 kJ-mol-1), aleación de CoNi (25,0 kJ-mol-1), ZnO-Fe3O4/Carbón activado(28,2 kJ-mol-1), resina ácida de Brønsted (25,7 kJ-mol-1) y nanohíbridos de lignosulfonato de Hf- (62,3 kJ-mol-1). Esta notable reducción de la energía de activación subraya la eficacia superior del proceso electrocatalítico.
El análisis mecanístico dilucidó que la vía de reacción estaba gobernada principalmente por el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood (L-H) en electrodos de metales nobles con potenciales de precipitación de hidrógeno más bajos, mientras que el mecanismo PCET se prefiere en electrodos con sobrepotenciales de precipitación de hidrógeno más altos, como el Pb.
Fig. 3: Mecanismo propuesto para la hidrogenación electroquímica del HMF sobre el electrodo de CoCuMW/CF
Los cálculos de teoría funcional de la densidad (DFT) revelaron que el electrodo de CoCuMW/CF reduce las barreras de energía libre para la hidrogenación de HMF, mejorando el rendimiento catalítico y la selectividad para la producción de BHMF. Este estudio demuestra el potencial de los electrocatalizadores rentables basados en cobre para la mejora eficiente de la biomasa, allanando el camino para aplicaciones aceleradas de electrohidrogenación de HMF. La figura 3 ilustra el mecanismo propuesto para la reducción electroquímica del HMF sobre el electrodo de CoCuMW/CF.
B. Zhu, J. Yang, Q. Wang, X. Yu, S. Fan, W. Xie, J. Zhang, C. Chen: Corrosion-induced CoCu microwire arrays for efficient electroreduction of 5-hydroxymethylfurfural, Chem Catalysis, 5, no. 4 (2025) 101259.
doi: 10.1016/j.checat.2024.101259
Un dispositivo portátil para detectar el estrés utiliza principios electroquímicos
Científicos del Centro Jawaharlal Nehru de Investigación Científica Avanzada (JNCASR) de Bengaluru, instituto autónomo dependiente del Ministerio de Ciencia y Tecnología, han desarrollado un novedoso dispositivo wearable capaz de detectar el estrés. Este dispositivo, basado en la tecnología neuromórfica, imita las funciones de las neuronas y las sinapsis, ofreciendo aplicaciones prometedoras en la vigilancia de la salud y la robótica avanzada (Fig. 4).
Fig. 4: Científicos indios desarrollan dispositivos portátiles capaces de detectar el estrés
El núcleo de este avance es una red de nanocables de plata incrustados en un material elástico. Cuando se aplica una tensión mecánica, se forman brechas microscópicas en la red de plata, lo que interrumpe temporalmente la vía eléctrica. Sin embargo, un impulso eléctrico restablece estas conexiones mediante electromigración, en la que los iones de plata se mueven para salvar los huecos. Este mecanismo permite al dispositivo "recordar" situaciones de estrés, imitando el proceso biológico de adaptación al dolor.
Cada ciclo de estiramiento y reconexión altera la respuesta eléctrica del dispositivo a lo largo del tiempo, de forma muy parecida a cómo el cuerpo humano se adapta a los estímulos dolorosos repetidos. Este proceso electroquímico dinámico permite al dispositivo mostrar memoria y adaptación, integrando detección y respuesta en una sola unidad flexible. Como resultado, puede funcionar de forma autónoma sin necesidad de sensores externos ni complejas configuraciones electrónicas.
Los investigadores subrayan que esta tecnología puede transformar la vigilancia de la salud al proporcionar información en tiempo real sobre los niveles de estrés. Dado que el estrés crónico es uno de los principales factores de riesgo de enfermedades como la hipertensión, las cardiopatías, los accidentes cerebrovasculares, la obesidad y la diabetes, este dispositivo wearable podría contribuir significativamente al bienestar mental y físico al detectar y responder al estrés en tiempo real.
Más allá de la vigilancia de la salud, los mecanismos electroquímicos de esta tecnología tienen un gran potencial para mejorar los sistemas robóticos. Al incorporar respuestas adaptativas similares, los robots podrían ser más intuitivos y seguros en las interacciones humanas, permitiendo una mejor colaboración en entornos donde la cooperación hombre-máquina es fundamental.
Esta investigación representa un gran avance en el desarrollo de materiales inteligentes capaces de responder dinámicamente a su entorno mediante procesos electroquímicos. La capacidad de simular la percepción del dolor y adaptarse a estímulos repetidos allana el camino a dispositivos vestibles más inteligentes y sistemas robóticos con mayor capacidad de respuesta, con implicaciones de gran alcance para aplicaciones tanto sanitarias como industriales.
www.dst.gov.in/new-system-developed-wearable-devices-can-detect-stress
www.indiatribune.com/indian-scientists-develop-wearable-devices-that-can-detect-stress
www.siasat.com/indian-scientists-develop-wearable-devices-that-can-detect-stress-3165263/
https://health.medicaldialogues.in/health/indian-scientists-create-wearable-devices-to-monitor-stress-levels-141667
www.indiatvnews.com/health/indian-scientists-develop-wearable-device-that-mimics-pain-to-detect-stress-2025-01-19-972030
www.greaterkashmir.com/health/indian-scientists-develop-wearable-devices-to-detect-stress
www.biovoicenews.com/indian-scientists-develop-new-system-for-wearable-devices-to-detect-stress
Biomanufactura resistente: la revolución verde de la India
A medida que India se expande industrialmente, la biofabricación sostenible y la química verde son cruciales para la resistencia medioambiental y económica. Los plásticos, sobre todo el PET, plantean un importante problema de residuos, ya que sólo se recicla el 15%. Un estudio reciente de Harishankar et al. presenta un método ecológico para convertir el PET en biocombustibles mediante la despolimerización catalizada por álcalis seguida de la conversión microbiana en un sistema bioelectroquímico. El proceso descompone primero el PET en ácido tereftálico mediante una reacción de hidrólisis alcalina. A continuación, se introduce en un reactor bioelectroquímico, donde los microbios, bajo un bajo potencial externo de +0,8 V, lo convierten en etanol y butanol. El sistema potencia el metabolismo microbiano, mejorando el rendimiento y la eficiencia, al tiempo que reduce significativamente las emisiones de carbono en comparación con el reciclado convencional (Fig. 5).
Fig. 5: Esquema de la hidrólisis química y el upcycling bioelectroquímico de residuos de PET
La industria química india, que mueve 304.000 millones de dólares, sigue dependiendo de insumos fósiles. La química verde ofrece una vía para reducir las importaciones, recortar costes e impulsar modelos de economía circular. A pesar de las barreras de adopción, los incentivos políticos y la inversión en I+D pueden acelerar la transición. La biofabricación no es solo una necesidad medioambiental: es un catalizador económico que configura el futuro industrial de la India.
Harishankar, K.; Vishnuvardhan, M.; Suresha, G.; Venkata Mohan, S.: Tandem chemical hydrolysis and bioelectrochemical upcycling of waste polyethylene terephthalate (PET) for sustainable biobutanol and ethanol production ensuring plastics circularity, Green Chemistry, 27, no. 8 (2025) 2359-2373
doi: 10.1039/D4GC04985C
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/gc/d4gc04985c
Tecnologías electroquímicas para el tratamiento sostenible del agua y la recuperación de recursos
Este trabajo pone de relieve las tecnologías electroquímicas energéticamente eficientes para el tratamiento del agua, la recuperación de recursos y la gestión del carbono, centrándose en la investigación futura y la escalabilidad.
- La reducción electrocatalítica del nitrato (ERN) ofrece una solución rentable para la contaminación por nitratos, con esfuerzos en curso para desarrollar catalizadores sostenibles y mejorar la estabilidad a largo plazo.
- Los ánodos de Sb-SnO2 dopados con Ni degradan eficazmente los contaminantes farmacéuticos con un menor consumo de energía, lo que supone una alternativa viable a los ánodos de diamante dopados con boro para el tratamiento de aguas residuales.
- Las membranas electroquímicas reactivas (REM) mejoran la degradación de contaminantes mediante la generación de radicales hidroxilo. La optimización del diseño de los electrodos mejora la eficiencia energética, con aplicaciones prácticas como la mitigación de la proliferación de algas.
- Los avances en la producción electroquímica de peróxido de hidrógeno (H2O2) mejoran la degradación de contaminantes. Los nuevos sistemas consiguen altas concentraciones de H2O2 y mayor eficacia en el tratamiento del agua.
- La desionización capacitiva (CDI) se enfrenta a retos económicos frente a la ósmosis inversa. La investigación pretende mejorar la eficacia utilizando materiales avanzados y sistemas híbridos para la eliminación selectiva de iones.
- Los métodos electroquímicos mejoran la reducción y separacióndel CO2. Las membranas de intercambio aniónico separan eficazmente elCO2 de los flujos de gases diluidos, lo que favorece la gestión escalable del carbono.
- La investigación sobre el reciclado de baterías de iones de litio se centra en la mejora de los métodos pirometalúrgicos y la optimización de la recuperación de materiales. La síntesis ecológica de MnO2 favorece el almacenamiento sostenible de energía.
Brian P. Chaplin: Advanced Electrochemical Technologies for Water Treatment, Resource Recovery, and Sustainable Energy, ACS ES&T Eng, 5, no. 3 (2025) 566-568.
doi: 10.1021/acsestengg.5c00111. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.5c00111
Conversión electroquímica eficiente de NO en ácido nítrico de gran pureza
Las emisiones de óxido nítrico (NO) plantean importantes problemas medioambientales. Se presenta un método electroquímico sostenible para convertir NO en ácido nítrico concentrado (HNO3) libre de sales utilizando un catalizador a base de carbono en condiciones casi ambientales. El sistema alcanza >90% de eficiencia faradáica (FE) a 100 mA cm-2 con NO puro y >70% de FE con 0,5 vol% de NO. Los conocimientos mecanísticos destacan el ácido nitroso como intermediario clave, a diferencia de las vías tradicionales de NO2. Utilizando un conjunto de electrodos de membrana alimentados por vapor, el proceso produce directamente HNO3 al 32% en peso con una FE del 86% y 800 mA cm-2, sin aditivos ni purificación posterior. Este método ofrece una vía sostenible para convertir NO en HNO3 de gran pureza.
Xia, R., Dronsfield, S., Lee, A. et al.: Electrochemical oxidation of nitric oxide to concentrated nitric acid with carbon-based catalysts at near-ambient conditions, Nat. Catal., 8 (2025) 328-337.
doi:1038/s41929-025-01315-8.
www.nature.com/articles/s41929-025-01315-8
