A mediados de 2020 el FlowPhotoChem, un proyecto mundial de investigación con fondos europeos y orientado a los Objetivos de Desarrollo Sostenible, publicaba sus primeros resultados. Habían sido capaces de diseñar tecnología capaz de usar CO2 atmosférico como fuente de carbono para sintetizar productos químicos sin el uso de combustibles fósiles: usan luz solar y agua.
Este proceso usaba solo energía solar, energía renovable, CO2 atmosférico y agua para fabricar materiales que actualmente dependen de reacciones costosas y derivados del petróleo. Y, además, lo habían logrado en forma de flujo mediante tres reactores con alta capacidad de escalabilidad.
El primero de los proyectos se titula ‘Foto(electro)catálisis heterogénea en flujo usando luz concentrada: diseños modulares integrados para la producción de productos químicos útiles’ y quiere decir, en esencia, que la humanidad será capaz de fabricar elementos químicos como el etileno, el etanol, el acetato o el n-propanol, entre otros, usando luz solar concentrada y agua.
Tecnología con emisiones negativas
La descarbonización no pasa únicamente por dejar de emitir gases como el dióxido de carbono o el monóxido de carbono a la atmósfera. Es imprescindible recuperar los que ya se dejó allí. En 2014 se alcanzó la cifra récord de 400 ppm de CO2 (partes por millón) según la AEMET, cifra que crece año tras año.
El proyecto FlowPhotoChem trabaja en ambas vertientes: por un lado elimina emisiones de gases de efecto invernadero en la fabricación de etileno al usar energía solar, y por el otro recupera emisiones del pasado para devolver la atmósfera a los valores preindustriales, cercanos a los 275 ppm CO2.
Así funcionan los reactores de FlowPhotoChem
Según la página oficial de FlowPhotoChem, existen tres tipos de reactores industriales combinados que facilitarían el uso de energía solar y la limpieza atmosférica. Así es como funcionan, en detalle.
El primer paso es entender cómo funciona el PEC o reactor foto(electro)químico. Este reactor usa energía solar para disociar H2O en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). Al aprovechar esta energía solar, no libera gases de efecto invernadero a la atmósfera. La reacción de abajo se lee “por cada dos moléculas de agua que entran en el PEC, salen dos de hidrógeno y una de oxígeno, usando energía solar para activar el proceso”.
2 H2O + Energía solar → 2 H2 + O2
A continuación, el hidrógeno caliente entra al PC o reactor fotocatalítico. Al igual que el PEC, este también hace uso de energía solar directa. Y es aquí donde ocurre lo más interesante de la reacción porque el hidrógeno se combina con el CO2. La reacción, no ajustada, genera hidrocarburos (CxHy ) y CO, que son la base de la fabricación de plásticos. Pero, en esta ocasión ya no derivan del petróleo, sino del CO2 atmosférico.
H2 + CO2 + Energía solar → CxHy + CO
Finalmente, estos hidrocarburos y el monóxido de carbono entran en el tercer reactor. El EC o reactor electroquímico hace uso de energía renovable y catalizadores para convertir estos hidrocarburos y monóxido en elementos útiles como etileno, etanol, acetato o n-propanol. Este es el esquema del proceso:
¿Por qué es tan interesante la fotoquímica de flujo?
La fotoquímica de flujo es un campo de estudio de la química que busca hacer uso de la radiación solar sin necesidad de transformar esta en energía eléctrica. Uno de los ejemplos más antiguos de esta práctica es el uso de la irradiancia solar para evaporar agua marina en las salinas romanas. Los romanos no inventaron la célula fotoeléctrica, pero sí sacaron partido a la energía solar.
Se estima que la energía solar que llega a la Tierra es del orden de 4000 a 5000 veces todo lo que consume la humanidad. De ahí lo inteligente de diseñar nuevos procesos que permitan trabajar directamente con la energía solar. Si además estos procesos limpian la atmósfera, mejor aún.
Uno de los puntos interesantes de FlowPhotoChem es que el proceso trabaja como un flujo continuo. Es decir, no se llena un tanque con una sustancia, se espera a que pase un proceso y luego se vacía; sino que todo el diseño consiste en un conjunto de conductos y galerías de acceso que van transformando los elementos de contaminantes a útiles.
FlowPhotoChem, la ventaja de un proceso escalable
A este proceso continuo en el que entra CO2 por un extremo y sale un compuesto útil por el otro, se le suma una ventaja añadida más: su escalabilidad. Como demuestra este estudio científico recién publicado por investigadores del proyecto, “hemos diseñado y desarrollado una celda de electrólisis de flujo [que] se puede ensamblar fácilmente y consta de dos electrodos planos de 5×5 cm”.
Dicho de forma más llana: este proceso permite que el proceso industrial pueda crecer por módulos. Por trasladarlo a otro sector, es como haber descubierto la célula fotovoltaica, que siempre permite añadir una más a continuación, después de llevar décadas usando centrales térmicas de dificil crecimiento. Esto lleva a un tema más complejo: ¿en qué se usará esta tecnología?
Los sumideros de carbono artificiales no justifican contaminar más
Es importante destacar cómo este tipo de invenciones no son un aliciente para continuar vertiendo gases de efecto invernadero a la atmósfera. Los niveles de gases de efecto invernadero son tan altos que la única estrategia viable es su eliminación total o parcial de la atmósfera en números absolutos.
Así, es imprescindible que no se incorporen a la industria contaminante con el objetivo de «valorizar» residuos, sino que sean aplicadas al aire libre y sin entrar dentro de la cadena de valor de actividades altamente contaminantes.
Por ejemplo, colocar estas máquinas al final del ciclo de una central de gas (en su chimenea), haría que la industria del CO2 dependiese de las centrales térmicas, generándose un interés de las primeras por conservar las segundas, algo que va en contra de los Objetivos de Desarrollo Sostenible que exigen una descarbonización tan rápida como sea técnicamente viable.
Por Marcos Martínez
Imágenes | iStock/Natt Boonyatecha, AEMET, FlowPhotoChem
