Un investigador del Instituto INAMAT2 de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) en España ha logrado transformar dióxido de carbono (CO2) en metano (CH4) renovable utilizando luz solar como fuente de energía.
Su trabajo, resultado de su tesis doctoral, representa un avance en la investigación de tecnologías CCUS (captura, almacenamiento y utilización de carbono). Tecnologías fundamentales para reducir las emisiones en sectores donde la descarbonización es especialmente complicada, como la industria cementera, la aviación o el transporte marítimo y por carretera.
Parte de los resultados de su tesis se han publicado en la revista Applied Catalysis B: Environment and Energy.
Conversión eficiente y sostenible del CO2
La conversión eficiente y sostenible del CO2 con luz solar analizada en esta tesis abre una vía para la producción de combustibles limpios, como el metano que puede utilizarse como alternativa al gas natural.
“Mi tesis busca sacar provecho del CO2 como materia prima y fuente de carbono para la síntesis de combustibles como el metano”, señala Mikel Imizcoz, autor del trabajo.
El metano obtenido podría utilizarse como un sustituto neutro en emisiones del gas natural, ya que este combustible fósil contiene entre el 83 y el 97% de metano, dependiendo del yacimiento.
Así, el metano renovable podría ser empleado, por ejemplo, como combustible en las centrales térmicas, generando emisiones neutras de carbono, ya que el CO2 generado en la combustión sería el mismo que el capturado y empleado previamente como materia prima para la síntesis del combustible.
El metano renovable también podría llegar a ser un elemento clave en el transporte por carretera, debido a su potencial aplicabilidad en motores diésel.
La reacción de Sabatier
Para transformar el CO2 en CH4, el químico navarro ha estudiado en su tesis la reacción de Sabatier, proceso planteado por primera vez en 1902, en el que el dióxido de carbono se combina con hidrógeno (H₂) para producir metano y agua.
Este metano solo puede calificarse como combustible limpio si el CO2 se obtiene de la captura de una fuente emisora y el hidrógeno procede de la electrolisis del agua con energía renovable.
Para que la reacción de Sabatier tenga lugar, además del dióxido de carbono y el hidrógeno, es necesario el empleo de un catalizador heterogéneo que facilite la interacción entre las moléculas de gas y acelere la reacción química. Asimismo, para iniciar y mantener la reacción, es necesario aportar energía al sistema.
“Una de las principales novedades de esta investigación, planteada desde el inicio, ha consistido en que la fuente de energía necesaria para iniciar y mantener la reacción debía ser, al menos parcialmente, la luz del sol”, indica Imizcoz.
De esta manera, el investigador trabajó en una disciplina novedosa, denominada foto-termocatálisis.
“Los foto-termocatalizadores se caracterizan por aprovechar toda la energía del sol para calentarse —contribución termoquímica— y/o para inducir la excitación de sus electrones —contribución fotoquímica—, de manera que ambos procesos favorezcan que tenga lugar la reacción química. Distinguir estos dos procesos cuando se ilumina el catalizador resulta muy conveniente para poder mejorar su diseño y este ha sido uno de los objetivos principales de la tesis doctoral”, describe el investigador, quien ha desarrollado un método para diferenciar las contribuciones fotoquímicas y termoquímicas de este proceso.
Transformar dióxido de carbono en combustible en un entorno real
Como prueba de concepto final, los catalizadores, basados en rutenio y níquel, fueron expuestos a luz solar concentrada para dar lugar a la reacción de Sabatier.
Así, se produjo metano a partir de dióxido de carbono sin necesidad de un aporte energético adicional para alcanzar la temperatura de reacción, lo que normalmente se hace mediante calor adicional.
De esta manera, el investigador demostró la aplicabilidad de estos catalizadores en condiciones reales de iluminación: salió a la calle para llevar a cabo la reacción química utilizando la luz del sol como única fuente de energía.
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