Investigadores navarros demuestran la viabilidad de transformar con luz solar CO2 en metano para usos energéticos

Investigadores del Instituto INAMAT2 de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) han puesto en práctica una novedosa metodología que emplea catalizadores heterogéneos para producir metano a partir de dióxido de carbono (CO₂) utilizando luz como fuente de energía. Además, han realizado ensayos con iluminación natural y han logrado elevadas producciones de metano empleando la luz del sol como único aporte energético para iniciar la reacción química. Esto supone un avance significativo hacia la producción de combustibles limpios, ya que el metano solar obtenido puede utilizarse como alternativa al gas natural. 

Los catalizadores son materiales que facilitan que una reacción química se desarrolle en condiciones más suaves, como una temperatura o una presión más bajas, sin consumirse e, idealmente, sin perder eficacia durante el proceso. Los fotocatalizadores heterogéneos utilizados por los investigadores de la UPNA están basados en rutenio fijado sobre la superficie de óxidos metálicos de titanio, circonio y cerio, y fueron expuestos a luz solar concentrada para dar lugar a la llamada 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 en forma de aporte de calor. De esta manera, el equipo probó “la aplicabilidad de estos catalizadores en condiciones reales de iluminación, demostrando la viabilidad técnica de esta tecnología”, en palabras de Mikel Imizcoz Aramburu, estudiante de doctorado y primer firmante del artículo que recoge esta investigación y que ha sido publicado en la revista científica “Applied Catalysis B: Environment and Energy”.

Luz y calor

Otro rasgo novedoso de este trabajo, en el que también han participado los investigadores Luis Gandía Pascual e Ismael Pellejero Alcázar, radica en la capacidad del equipo de la UPNA para evaluar de forma desacoplada los efectos fotocatalíticos y termocatalíticos ocasionados por la radiación solar. Así, la radiación incidente aporta calor, lo que ayuda a alcanzar las temperaturas necesarias para iniciar la reacción de Sabatier (termocatálisis). Y, al mismo tiempo, la luz es capaz de excitar los electrones en los fotocatalizadores y “activarlos” para participar en la reacción química (fotocatálisis). La suma de ambas se conoce como foto-termocatálisis, “una disciplina novedosa dentro de la catálisis heterogénea”, según Imizcoz, y asegura un mejor aprovechamiento del espectro de la radiación solar que llega a la superficie de la tierra en comparación con los fotocatalizadores tradicionales.

La metodología aplicada por el equipo de la UPNA ha permitido determinar cuáles son las características de los materiales y las condiciones de reacción que potencian cada uno de estos efectos (el fotocatalítico y el fototérmico). “Esta información es fundamental para poder impulsar esta tecnología hasta niveles de desarrollo que la permitan ser competitiva en el futuro”, añade Mikel Imizcoz. 

Un combustible limpio con huella de carbono cero

En el contexto actual de crisis climática, provocada por el incremento de los niveles de dióxido de carbono antropogénicos en la atmósfera, “las tecnologías de captura y utilización de CO₂ se presentan como una alternativa de futuro para producir combustibles limpios a la vez que se limita el incremento de la concentración del citado gas en la atmósfera”, describe Mikel Imizcoz. Por ello, la reacción de Sabatier, conocida desde hace más de un siglo, ha vuelto a despertar interés en los últimos años, ya que permite combinar dióxido de carbono e hidrógeno para producir metano y agua. 

Para que este metano se pueda considerar un combustible limpio, el hidrógeno empleado tiene que proceder de una fuente renovable. El método mejor desarrollado para obtener este tipo de hidrógeno es la electrolisis del agua. Consiste en aplicar una corriente eléctrica a un dispositivo electroquímico para descomponer el agua en sus dos elementos: hidrógeno y oxígeno, que se obtienen de forma separada. Si la electricidad aplicada es de origen renovable, como la solar, eólica o hidroeléctrica, el hidrógeno obtenido se denomina “hidrógeno verde” y “el metano formado en la reacción de Sabatier será considerado un combustible limpio con las mismas propiedades químicas y aplicaciones que el gas natural”. “Este metano solar presenta un gran potencial, no solo como combustible limpio alternativo al gas natural, sino también como un transportador de hidrógeno, que puede emplear las infraestructuras para el transporte de gas natural ya existentes”, indica Mikel Imizcoz.

La revista en la que se ha publicado el artículo, “Applied Catalysis B: Environment and Energy”, se sitúa como la de mayor impacto entre un total de 81 en la categoría de ingeniería medioambiental y la cuarta entre un total de 170 en la categoría de ingeniería química, según el informe correspondiente a 2023 del Journal Citation Reports (JCR). Este factor es el más conocido y valorado de los indicadores de calidad de las revistas científicas y lo proporciona la empresa norteamericana Clarivate Analytics (antes, Thomson Reuters).