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13 abril 2021

Convertir el CO₂ de gas invernadero a materia prima

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El aumento de emisiones de CO₂ parece imparable. Incluso con los parones de la actividad humana a escala global provocados por la pandemia de COVID-19, en 2020 el nivel de CO₂ en la atmósfera volvió a marcar un nuevo récord nunca alcanzado en los últimos cuatro millones de años, según estiman los científicos. Si cambiar a escala mundial hacia fuentes de energía alternativas o frenar el ritmo de desarrollo industrial parece tarea de titanes, científicos e ingenieros plantean sistemas de sacar este gas de la atmósfera. Para siempre.

Es lo que se conoce como captura y almacenamiento de carbono (tecnologías CCUS) . Nuevas plantas energéticas especialmente diseñadas son capaces de evitar la emisión a la atmósfera del CO₂ producido. El gas así capturado puede ser luego inyectado en depósitos geológicos, como yacimientos petrolíferos exhaustos, para lograr un almacenamiento definitivo.

La inyección de gases en el subsuelo no está exenta de críticos, sin embargo. Sucesos sísmicos como los ocurridos en septiembre del año pasado en el depósito de gas natural del proyecto Castor frente a la costa de Castellón levantan preocupación en las poblaciones cercanas así como el miedo a que se produzca una fuga masiva de letales consecuencias. Innovadores proyectos podrían solventar estos problemas cambiando el destino del CO₂, de ser simplemente almacenado a convertirse en materia prima.

Reforestación 

Es probablemente la opción más obvia: hace quizá 3.400 millones de años la naturaleza inventó la fotosíntesis, un sistema que utiliza el CO₂ como materia prima para fabricar vida. Y dado que además la deforestación y el cambio en los usos de la tierra se cuentan entre los principales responsables de las emisiones de gases de efecto invernadero, ¿por qué no aprovechar ese prodigio natural para retirar CO₂ de la atmósfera?

Proyecto de reforestación en España. Crédito: Juan Antonio Pellicer Alcaraz
Proyecto de reforestación en España. Crédito: Juan Antonio Pellicer Alcaraz

Son innumerables las iniciativas que buscan fijar el CO₂ en forma de materia vegetal, desde la reforestación más clásica hasta la construcción de “murallas verdes”. Pero cuidado, los expertos advierten de que no todas las ideas pasan la criba de la ciencia, y que algunas pueden hacer más daño que bien. En lo referente a la reforestación, las propuestas que cuentan con más apoyo científico pasan por facilitar la restauración natural de los bosques desaparecidos o enriquecer las masas forestales ya existentes.

Plantas de cultivo de algas

Al igual que las plantas, también la mayoría de las algas son organismos fotosintéticos. Aprovechando esta ventaja, la tecnología busca utilizar algas microscópicas capaces de convertir el CO₂ en hidrocarburos, utilizables a su vez como materia prima en la elaboración de plásticos o combustibles. Numerosas empresas petroquímicas llevan años invirtiendo en el desarrollo de esta tecnología. Un reciente informe de la Universidad Estatal de Utah, en EEUU, calcula que el cultivo de microalgas puede producir 50 veces más combustible por unidad de superficie que el cultivo de soja. Además, estas instalaciones pueden realizarse en terrenos no aptos para la agricultura, por lo que no compite por el suelo, y utilizar agua no potable e incluso salobre.

Planta de cultivo de microalgas para producir biocombustibles
Planta de cultivo de microalgas para producir biocombustibles. Crédito:  Solix BioSystems

En lugar de utilizar el dióxido de carbono atmosférico, estas plantas de cultivo de algas pueden acoplarse a centrales térmicas con captura de CO₂. Si además estas centrales utilizan el biocombustible generado por las algas y otras fuentes, el ciclo resultante puede generar lo que se conoce como emisiones negativas, eliminar CO₂ de la atmósfera al tiempo que producir energía.

Mineralización

Otra forma que tiene la naturaleza de deshacerse del CO₂ es convertirlo en roca, si bien este proceso químico requiere de enormes periodos de tiempo. Varias empresas, como Calera o Skyonic, han optado por acelerar las reacciones, en algunos casos utilizando productos de desecho de otras industrias químicas o consiguiendo compuestos secundarios también comercializables, como el bicarbonato sódico, y que ayuden a lograr mayor rentabilidad.

Acantilados del sureste británico. Toda esa roca fue CO2 hace millones de año
Acantilados del sureste británico. Toda esa roca fue CO2 hace millones de años. Crédito: Ian Stannard

El carbonato cálcico obtenido puede utilizarse como materia prima en la construcción, por ejemplo para la elaboración de cemento. Otra empresa, CarbonCure, ha optado también por el cemento, pero con otro enfoque: inyectar el CO₂ en la elaboración de los bloques de hormigón, de manera que quede ahí secuestrado y la carbonatación se produzca en ese confinamiento.

Fabricación de materiales combustibles

Además de las algas, es posible emplear procesos químicos para convertir el CO₂ en materiales de carbono de distintos tipos. Para ello, en primer lugar es necesario capturar el gas, la materia prima. Esto puede hacerse, según lo dicho más arriba, directamente de la atmósfera o de procesos de producción o plantas de generación de energía, por ejemplo a partir de biomasa.

BBVA-OpenMind-reforestación-Convertir el CO₂ de gas invernadero a materia prima-Transformación del dióxido de carbono como materia prima para la industria química; Unidad de síntesis MOBSU de VTT. Crédito: VTT
Transformación del dióxido de carbono como materia prima para la industria química; Unidad de síntesis MOBSU de VTT. Crédito: VTT

El VTT Technical Research Centre of Finland trabaja en un proyecto para convertir este dióxido de carbono en polioles, alcoholes orgánicos que a su vez sirven de materia prima en la fabricación de materiales de poliuretano, como espumas adhesivas o aislantes térmicos para la construcción. El hidrógeno necesario para reducir el carbono oxidado se producirá mediante energías renovables o se obtendrá a partir de subproductos industriales. El proyecto europeo Carbon4PUR trabaja en una línea similar, recoger el CO₂ de las acerías para fabricar plásticos de poliuretano.

Estos proyectos se enmarcan en un activo campo de investigación que, de forma más genérica, aborda la fabricación de distintos tipos de materiales industriales, hidrocarburos combustibles o fertilizantes como la urea, pero también fibras textiles sintéticas para la confección de prendas técnicas deportivas o de seguridad, o incluso grafeno, un material de alta tecnología con múltiples aplicaciones.

Fotosíntesis artificial

Los procesos de transformación del CO₂ en distintos materiales de uso industrial o en combustibles se basan en el uso de catalizadores químicos o bien en la capacidad fotosintética de organismos biológicos, como algas o microbios genéticamente modificados. En un capítulo aparte, numerosos grupos de investigación trabajan en emular la fotosíntesis natural mediante sistemas artificiales que utilicen la luz como fuente de energía.

BBVA-OpenMind-fotosintesis artificial-Convertir el CO₂ de gas invernadero a materia prima - El proyecto alemán CarbonCat. Crédito: Sahlmann Photochemical Solutions
El proyecto alemán CarbonCat. Crédito: Sahlmann Photochemical Solutions

Por ejemplo, el proyecto alemán CarbonCat ha diseñado un microrreactor equipado con luces LED que iluminan un fotocatalizador de diamante químicamente modificado. Al igual que la fotosíntesis vegetal natural, el proceso emplea CO₂ como fuente de carbono y agua como fuente de hidrógeno. El objetivo final de los investigadores es aplicar el microrreactor a la producción de metanol como demostración de su viabilidad.

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