Retirar dióxido de carbono de la atmósfera y utilizarlo mediante energía solar o eólica para elaborar combustibles

Utilizar energía solar o eólica para producir combustibles basados en el carbono, en esencia lo que llamamos habitualmente combustibles fósiles, podría parecer un enfoque derrotista en la búsqueda de un mundo más limpio y sostenible. Pero cuando la materia prima es el dióxido de carbono, que pueda ser extraído del aire, el método no puede ser más verde. La tecnología que lo hace económicamente factible no está aún disponible, pero una reciente investigación hace aportaciones prometedoras.

El equipo de Xiao-Dong Zhou, de la Universidad de Carolina del Sur en Estados Unidos, está trabajando en un enfoque sostenible para lograr un mejor aprovechamiento de energías renovables. Los paneles solares y los aerogeneradores se emplean normalmente para producir electricidad, pero a gran escala, la electricidad procedente de fuentes como estas plantea problemas. Las centrales eléctricas deben satisfacer la demanda en todo momento, así que si una compañía eléctrica cuenta solo con el viento o el sol, ¿qué sucede cuando este último se oculta tras las nubes o el viento se toma un descanso?

Una alternativa de la que se ha hablado desde hace tiempo es emplear esa electricidad verde para empujar al dióxido de carbono (CO2) hacia más arriba en la escalera energética. El CO2, el subproducto de la combustión que procede, entre otras fuentes, de las chimeneas de las centrales eléctricas, y que se está haciendo demasiado abundante en la atmósfera terrestre, se halla en la zona baja de la colina cuando se trata de combustibles basados en el carbono.

Si pudiéramos añadir algo de energía, sin embargo, podríamos convertir el CO2 en compuestos del carbono que sean combustibles, no un producto de desecho. En términos químicos, se llama reducir el CO2 cuando lo convertimos en formas menos oxidadas de carbono, todas las cuales tienen un valor real como combustible. En este sentido, serían interesantes algunas moléculas con un único átomo de carbono como (en orden de contenido creciente de energía) el monóxido de carbono, el metanol y el metano.

Los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno han demostrado ser catalizadores eficientes y potencialmente baratos para la reducción de dióxido de carbono. (Imagen: Adaptada de la revista académica Angewandte Chemie)

Cualquiera de ellos podría ser almacenado para su uso durante períodos de tiempo nubosos o carentes de viento, y para bastantes aplicaciones estarían más disponibles que la electricidad. El metano es el compuesto primario del gas natural, para el cual ya hay infraestructuras. El metanol es pariente próximo del etanol y se emplea rutinariamente como combustible líquido. El monóxido de carbono podría parecer inusual en este contexto, pero tiene valor químico como combustible, tanto por sí mismo como siendo precursor de otros combustibles.

El truco, por supuesto, es poder llevar a cabo la reducción del CO2 de forma económica. Eso significa no solo convertir eficientemente la energía eléctrica en energía química, sino también fabricar el dispositivo que se ocupe del trabajo con un coste rentable.

Zhou y su equipo de investigación han logrado progreso en ambos frentes. Han desarrollado catalizadores potencialmente baratos que convierten de manera eficiente el CO2 en monóxido de carbono en una célula electroquímica.

Como punto de partida para fabricar los catalizadores, usaron un modelo de nanotubos de carbono, que están hechos solo de átomos de carbono. Pero a la hora de hacer los catalizadores para la reducción del CO2, abandonaron el planteamiento de “solo carbono” e introdujeron unos pocos átomos de nitrógeno para crear un tipo diferente de estructura geométrica y electrónica.

Los nanotubos resultantes, de carbono dopado con nitrógeno, demostraron ser aptos para reducir el CO2 en monóxido de carbono. Además, estos catalizadores son más estables que los conocidos hasta ahora para la misma reacción y basados en metales.

Información adicional