Científicos de la Universidad de La Laguna han descubierto una nueva combinación de materiales que permite convertir el dióxido de carbono (CO2), que es el principal gas de efecto invernadero, en metano (CH4) mediante una serie de procesos realizados a temperatura ambiente mediante radiación solar, es decir, sin consumo eléctrico. Eliminar los gases de efecto invernadero y transformarlos en otros con diversas utilidades supone uno de los desafíos científicos más importantes del siglo XXI.
La nueva combinación de materiales desarrollada por la ULL está formada por un fotocatalizador de óxido de titanio (TiO2) mezclado con un compuesto inorgánico que se utiliza asiduamente en otro campo de energías no contaminantes, el de las pilas de combustibles. La relación apropiada de nanopartículas de ambos compuestos se activa mediante un tratamiento térmico especial desarrollado en la Universidad de La Laguna, dando lugar al nuevo material avanzado que realiza la conversión directa de CO2 a CH4, a temperatura ambiente mediante la radiación solar.
Además, someter este nuevo producto a altas temperaturas permite volver a utilizar directamente el metano producido en las pilas de combustible de óxidos sólidos. En otra fase, se está ya depositando el nuevo material en soportes impresos en 3D para mejorar la eficacia del proceso de fotocatálisis.
Este importante avance forma parte íntegra del trabajo de fin de grado del alumno Rigoberto Hernández Hernández y se encuadra dentro de uno de objetivos fundamentales del Proyecto Nacional I+D+i, concedido en 2016, en la categoría de Retos de la Sociedad y titulado Materiales Avanzados para Aplicaciones Energéticas Impresos en 3D, cuyos investigadores principales son Pedro Esparza Ferrera, del grupo de Fotoquímica Aplicada, y Juan Carlos Ruiz-Morales, del grupo de Nano y Microingeniería de Materiales, ambos de la Universidad de La Laguna.
Tecnología para un problema global
Las emisiones de gases de efecto invernadero, en particular de CO2, contribuyen de forma inexorable al cambio climático global. El pasado mes de noviembre de 2016 se alcanzaron las 400 partes por millón de las emisiones de este gas y las previsiones no son muy prometedoras, pues en mayo de 2017 se superaron, por primera vez en la historia, las 410.
Esto ha dado lugar a que casi todas las grandes potencias económicas y demás países mundiales hayan intentado aunar esfuerzos, aplicando diferentes protocolos para reducir dichas emisiones, como el Acuerdo de París de 2015. Se busca evitar que la temperatura media del Planeta suba más de 1,5 grados con respecto a los niveles preindustriales. Sin embargo, generalmente se obvia que los océanos, que son grandes sumideros de gases, poseen 50 veces más de este gas del que hay en la atmósfera y cualquier subida de temperatura de los mares provoca una emisión de CO2 mayor de la que se está teniendo en cuenta.
Este gran problema obliga necesariamente a reducir las emisiones de CO2, intentando lograr un futuro energético sostenible, que no comprometa la producción de alimentación mundial y sobre todo no perjudicando a los países en vías de desarrollo. Para ello se desarrollan nuevos materiales y nuevas tecnologías para capturar este gas, que después habría que almacenarlo, por ejemplo, en minas vacías o depósitos subterráneos, o bien, convertirlo en compuestos químicos útiles y combustibles, explican los investigadores de la ULL.
“Este último método resulta especialmente interesante porque transformamos un elemento contaminante en un recurso valioso y lo introducimos en una economía circular de reciclaje sin que contribuya al efecto invernadero”, añaden. Entre los métodos de conversión a combustible figura la fotocatálisis, un nuevo concepto de construcción sostenible con impacto ambiental positivo que, con un coste relativamente bajo y al igual que ocurre con la fotosíntesis, es capaz de eliminar CO2 gracias a la luz solar para generar materia orgánica. Este tipo de fotosíntesis artificial utiliza diversos fotocatalizadores semiconductores que aceleran la velocidad de la reacción como el típico TiO2.
Aplicación en la vida diaria
La fotocatálisis lleva años empleándose de forma habitual en otros países, como Japón o Italia. En España, debido a la alta radiación solar que recibe, su potencial es enorme. Algunos municipios españoles, como Madrid o Barcelona, ya han sacado a licitación las primeras grandes obras de aplicación de productos fotocatalíticos, y en paralelo han puesto en marcha proyectos pioneros para comprobar el efecto descontaminante a su aplicación.
Un ejemplo es el Eco Barrio de La Rosilla en Madrid, donde se han instalado losetas fotocatalíticas como pavimento peatonal, adoquines fotocatalíticos como zonas de aparcamiento, y pavimento fotocatalítico para el tráfico rodado. Esta iniciativa aprovecha las posibilidades técnicas que ofrece la industria de la arquitectura textil (toldos, marquesinas, sombrillas, separadores, carpas, fachadas textiles o persianas) y de los avances actuales en la tecnología de fotocatálisis, con el fin de reducir la contaminación del aire en entornos urbanos.
La importancia de convertir el CO2 en metano radica en el hecho de que el CH4 es un combustible importante para la generación eléctrica empleado como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberías hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefacción y para cocinar (en este contexto se le llama gas natural). En numerosos países emergentes, el gas natural es usado como combustible alterno por algunos vehículos de transporte. Y en la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético entre otros.
