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16 junio 2021

Química solar para convertir el CO₂ en materiales comunes

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El consumo de combustibles fósiles en la producción de muchos compuestos químicos clave para la salud y la comodidad humanas contribuye a agravar el impacto ambiental y climático derivado de tanto los propios procesos extractivos como de emisiones de dióxido de carbono. Un nuevo proceso permite sintetizar estos compuestos a partir de la luz solar y de dióxido de carbono, contribuyendo de esta manera a reducir las emisiones por partida doble: aprovechando, por un lado, CO2 residual como materia prima y, por otro, la luz solar como fuente de energía en detrimento de fuentes que consumen combustibles fósiles.

Se trata de un proceso cada vez más viable gracias a los avances en catalizadores activados por la luz solar, los fotocatalizadores. En años recientes, los investigadores han desarrollado fotocatalizadores capaces de romper el enlace doble que une a los átomos de carbono y oxígeno en las moléculas de dióxido de carbono. Se trata de un primer paso, fundamental para el desarrollo de refinerías solares capaces de producir compuestos útiles a partir de gas residual – incluidas moléculas “plataforma” susceptibles de ser utilizadas como materia prima para la síntesis de productos tan dispares como medicinas, detergentes, fertilizantes y productos textiles.

Estos catalizadores suelen ser semiconductores que requieren de luz ultravioleta de alta potencia para generar los electrones necesarios para transformar el dióxido de carbono. El problema es que la luz ultravioleta, además de escasa (representa tan sólo el 5% de la energía solar) es dañina. El desarrollo de nuevos catalizadores capaces de aprovechar el espectro visible de la luz solar, más abundante y benigno, se ha convertido en un objetivo prioritario. Para dar respuesta a esta necesidad se está trabajando en la composición, estructura y morfología de los catalizadores existentes, como en dióxido de titanio. Este compuesto es capaz de convertir de manera eficiente dióxido de carbono en otras moléculas mediante al irradiar con luz ultravioleta. El dopaje con nitrógeno permite reducir enormemente el consumo energético que entraña este proceso. Sometiendo este catalizador a un proceso de dopaje con nitrógeno, es posible utilizar luz solar en lugar de ultravioleta para producir compuestos químicos como el metanol, formaldehido y ácido fórmico, compuestos clave para la fabricación de adhesivos, espumas, contrachapado, productos de ebanistería, suelos y desinfectantes.

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La luz ultravioleta es escasa y dañina

Por ahora, la investigación química solar está restringida a los laboratorios de instituciones académicas, como el Joint Center for Artificial Photosynthesis del California Institute of Technology junto con el Lawrence Berkeley National Laboratory; Sunrise Consortium en los Países Bajos (un proyecto colaborativo entre universidades, el sector industrial y organizaciones tecnológicas y de investigación; y el departamento de reacciones heterogéneas del Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion en Mülheim, Alemania. Algunas empresas de nueva creación están trabajando en diferentes técnicas para transformar el dióxido de carbono en sustancias útiles – aplicando electricidad para desencadenar reacciones químicas. Cuando proviene de combustibles fósiles, el uso de electricidad en estos casos sería, obviamente, una alternativa menos respetuosa con el medioambiente que la que plantea el uso de luz solar, pero el uso de tecnología fotovoltaica podría contribuir a poner remedio a este inconveniente.

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De  todas las fuentes de energía renovable, la energía solar fotovoltaica es la que tiene un mayor potencial productivo

Con casi total seguridad, los avances en las tecnologías de aprovechamiento de dióxido de carbón para la producción de compuestos químicos van a ser aprovechados comercialmente en años venideros. Así, el sector químico, aprovechando lo que hoy por hoy es un gas residual para fabricar productos valiosos, estará un paso más cerca de formar parte de una economía realmente circular libre de emisiones y residuos, además de hacer realidad el objetivo de generar emisiones negativas.

Javier García Martínez 

Miembro del Consejo de Tecnologías Emergentes del Foro Económico Mundial.

Presidente-electo de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada

Publicado originalmente en Scientific American

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