Hoy en día, el cambio climático global es probablemente el problema más apremiante que enfrenta la humanidad. En este escenario, la descarbonización de la industria química es uno de los desafíos globales que la comunidad científica necesita abordar en el futuro inmediato. La catálisis y los procesos catalíticos están llamados a desempeñar un papel decisivo en la transición hacia un futuro más sostenible y bajo en carbono. Esta revisión crítica analiza las ventajas únicas de los reactores estructurados (isotermicidad, disponibilidad de un amplio rango de tiempos de residencia, geometrías complejas) con el diseño multifuncional de catalizadores eficientes para sintetizar productos químicos utilizando CO y H renovable en una estrategia Power-to-X (PTX). Los métodos sintéticos de química fina y las técnicas avanzadas in situ/operando son esenciales para elucidar los cambios de los catalizadores durante la reacción estudiada, recopilando así información fundamental sobre las especies activas y los mecanismos de reacción. Dicha información se vuelve crucial para refinar la formulación del catalizador y mejorar el rendimiento de la reacción. Por otro lado, la arquitectura de los reactores permite el control del patrón de flujo y la temperatura, la gestión de fuertes efectos térmicos y la incorporación de materiales diseñados específicamente como fases catalíticamente activas, que se espera contribuyan significativamente al avance en la valorización del CO en forma de productos de alto valor añadido. Desde una perspectiva general, este artículo tiene como objetivo actualizar el estado del arte en conceptos de Captura y Utilización de Carbono (CCU) y PTX, con énfasis en procesos que involucran la transformación de CO en combustibles y productos químicos de plataforma específicos, combinando innovación desde el punto de vista tanto del diseño de reactores estructurados como del desarrollo de catalizadores multifuncionales.