Este chaval de pamplona ha descubierto energía ilimitada.

Un investigador de la UPNA convierte CO2 en metano con luz solar​

Un investigador del Instituto INAMAT2 de la Universidad Pública de Navarra ha transformado dióxido de carbono en metano renovable usando la luz del sol como única fuente de energía. La reacción no es nueva: es la de Sabatier, planteada en 1902, en la que el CO2 se combina con hidrógeno para producir metano y agua. La novedad, según el propio investigador, está en la fuente de energía: la luz solar, al menos parcialmente, en lugar de calor adicional. El trabajo se apoya en la foto-termocatálisis, una disciplina que aprovecha la energía del sol para calentar el catalizador y, a la vez, excitar sus electrones.

Qué es la foto-termocatálisis y por qué importa​

Los foto-termocatalizadores se caracterizan por aprovechar toda la energía del sol para calentarse —contribución termoquímica— y para inducir la excitación de sus electrones —contribución fotoquímica—. Ambos procesos favorecen que tenga lugar la reacción química. Distinguir estos dos procesos cuando se ilumina el catalizador resulta muy conveniente para mejorar su diseño, y ese ha sido uno de los objetivos principales de la tesis doctoral. El investigador ha desarrollado un método para diferenciar las contribuciones fotoquímicas y termoquímicas del proceso.

La prueba de concepto final se hizo en la calle. Los catalizadores, basados en rutenio y níquel, se expusieron a luz solar concentrada para dar lugar a la reacción de Sabatier. 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.

El problema del rutenio: 40 toneladas anuales y un millón por kilo​

El rutenio es el 78.º elemento más abundante en la corteza terrestre y se encuentra en unas 100 partes por billón. Aparece en minerales con los otros metales del grupo del platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur, y en cantidades comercialmente importantes en pentlandita extraída de Sudbury, Ontario, y en depósitos de piroxenita en Sudáfrica. Su producción mundial ronda las 40 toneladas anuales —entra en un camión— y su precio por kilo es de apenas un millón de euros. La mayor parte de las reservas está en Sudáfrica y quizás en Rusia.

Hay quien sostiene que el titular de «solo con luz solar» oculta la dependencia de un metal escaso y caro. En contra pesa el argumento de que el catalizador es un material de partida, no un consumible diario, y que la investigación está en fase de laboratorio. El cálculo más optimista asume que el rutenio se recupera y se reutiliza; el escenario pesimista parte de que su precio se disparará si se pretende usar a escala industrial.

¿Es fotosíntesis o es otra cosa?​

No es fotosíntesis en sentido estricto. La fotosíntesis es 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2, donde C6H12O6 es glucosa. La reacción del investigador también usa CO2 y agua para obtener un hidrocarbono, el metano, pero el proceso químico es distinto. Fotosíntesis significa síntesis mediante fotones, y si nos atenemos a esa definición literal, sí es una forma de fotosíntesis artificial. El término se usa como etiqueta divulgativa, no como descripción química rigurosa.

Una parte del análisis señala que el hallazgo no es nuevo: en 2023 un equipo conjunto de la City University of Hong Kong y colaboradores desarrolló un sistema fotocatalítico artificial estable capaz de transformar CO2 en agua en metano usando luz, más eficiente que la fotosíntesis natural. La diferencia estaría en el método para separar las contribuciones fotoquímica y termoquímica, y en la integración en microrreactores fabricados con impresión 3D.

Del laboratorio al panel: microrreactores e impresión 3D​

El fotocatalizador híbrido propuesto se basa en estructuras orgánicas metálicas (MOF) sintetizadas a partir de óxidos semiconductores para mejorar la adsorción de reactivos y las capacidades fotoquímicas de los fotocatalizadores estándar. Se incluyen diferentes nanopartículas metálicas como co-catalizadores para facilitar las reacciones químicas. Este material híbrido se integra en microrreactores fabricados siguiendo protocolos de impresión 3D, y se ensamblan creando una célula o panel fotocatalítico similar a los paneles fotovoltaicos actuales.

El metano producido es para quemar, no se libera a la atmósfera. Eso cierra el ciclo: CO2 y agua entran, metano y agua salen, y el metano se quema para dar energía y CO2 de nuevo. El problema es que el metano produce 72 veces el efecto invernadero del CO2, según los datos que maneja el sector. Cualquier fuga en el proceso tendría un impacto climático muy superior al del gas que se pretende reciclar.

La termodinámica y el escepticismo de fondo​

El señor Planck, apoyado en los trabajos de los señores Kelvin y Clausius, quiere discrepar: es imposible construir una máquina que funcione con un periodo regular que no haga otra cosa que elevar un peso y causar el correspondiente enfriamiento de una fuente térmica. La reacción de Sabatier no viola la termodinámica, pero consume hidrógeno, que hay que producir. El hidrógeno es más volátil que el metano, por tanto más difícil de transportar y almacenar sin pérdidas.

La pregunta que queda en el aire es la del rendimiento. Habrá que ver qué rendimiento eléctrico o de cogeneración tiene respecto de las celdas fotovoltaicas normales. Cuando tenga más rendimiento, más durabilidad y un precio similar o inferior al de las placas fotovoltaicas, y ya se comercialice, se sabrá si esto es una revolución o una nota de prensa. De momento, el investigador ha salido a la calle con sus catalizadores y ha producido metano con la luz del sol. Eso ya lo hacían las plantas hace miles de años.