Casi todo el CO2 es arrojado a la atmósfera, donde contribuye al cambio climático. Una pequeña cantidad es capturada y almacenada bajo tierra para mantenerlo fuera del aire.
Pero cada vez más, los científicos se están preguntando, en lugar de tirar o almacenar CO2, ¿cómo se puede reciclar algo de él?
Investigadores están trabajando en maneras de hacer precisamente eso. La Fundación X Prize ha creado un incentivo, un premio de $20 millones para los equipos que para el 2020, presenten tecnologías para convertir el CO2 capturado de las chimeneas de centrales eléctricas de carbón o gas en productos útiles.
Pero tal vez el objetivo principal de los investigadores en este campo es convertir el producto residual de la quema de combustible en combustible nuevo. En teoría, si esto se pudiera hacer a gran escala usando energía renovable o incluso luz solar, no habría generación neta de emisiones; las mismas moléculas de dióxido de carbono serían emitidas, capturadas, convertidas en nuevos combustibles y emitidas de nuevo, una y otra vez.
“El gran premio es averiguar cómo hacer que el CO2 sea reciclable, un recurso renovable”, dijo Harry A. Atwater, científico de materiales del Instituto Tecnológico de California y director del Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial. “Eso sería un avance milenario para la sociedad“.
El dióxido de carbono se utiliza para hacer algunos productos básicos como fertilizantes de urea y plásticos especiales. Pero los procesos no son necesariamente eficientes energéticamente y casi todos utilizan CO2 de los depósitos naturales subterráneos. Incluso si las empresas comenzaran a usar dióxido de carbono que fue capturado, la cantidad sería menos del 0.5% de aproximadamente 32 mil millones de toneladas métricas de CO2 emitido anualmente por la actividad humana.
Lo que el Dr. Atwater y otros tienen en mente son dispositivos que si se amplían, podrían reciclar una porción significativa de dióxido de carbono que se captura de las plantas de energía o procesos como la fabricación de cemento, o incluso directamente de la atmósfera. Pero desarrollar dispositivos que puedan convertir eficiente y económicamente grandes cantidades de CO2 requerirá superar muchos obstáculos, como el de contar con toda la energía necesaria para dividir las moléculas de dióxido de carbono. El profesor de la Universidad Northwestern y director del Instituto Solar de Combustibles, Dick T. Co dice que, “el gran desafío es ¿cómo vamos de miligramos a megatones?”
El doctor Atwater lidera un equipo de científicos que está tratando de imitar lo que las plantas hacen a través de la fotosíntesis. Ellos quieren tomar CO2 y agua y usando sólo la luz del sol, convertirlo en combustible. Comenzaron en 2010 con una subvención del Departamento de Energía, dedicaron sus primeros cinco años a un aspecto de la fotosíntesis, el dividir el agua en sus componentes, el hidrógeno y el oxígeno.
Los doctores Atwater, Frances A. Houle y Karl Walczak, mostraron un chip de material semiconductor, catalizadores y membranas encerrado en un recipiente transparente con una solución a base de agua. Cuando el chip fue expuesto a la luz, las burbujas de gas, con el hidrógeno en un lado y el oxígeno en el otro, se rompió y subió a la parte superior. Por sus cálculos, el chip es aproximadamente 10 veces más eficiente que una planta que utiliza alrededor del 1% de la luz solar que la golpea. El centro está trabajando ahora en la parte de dióxido de carbono y el objetivo es integrar los dos procesos en un dispositivo que podría parecerse mucho a un panel solar. Pero en lugar de generar electricidad, produciría combustible, tal vez metanol, que podría quemarse directamente o convertirse en gasolina.
El dióxido de carbono es mucho más difícil de dividir que el agua, sin embargo, con seis etapas, cada una de las cuales requiere energía y un catalizador. La naturaleza parece hacerlo sin esfuerzo, pero ha tenido millones de años de evolución para mejorar el proceso. “El gran reto con el CO2 es que uno produce un montón de productos”, dijo Atwater. “La naturaleza ha desarrollado mecanismos muy refinados que producen precisamente un producto”.
Gran parte del trabajo en el centro consiste en estudiar la catálisis, mediante análisis teóricos y pruebas de posibles combinaciones de óxidos metálicos para ver qué tan bien podrían funcionar. El método de prueba es similar al utilizado para el descubrimiento de fármacos, con equipos que pueden analizar un gran número de muestras muy pequeñas a la vez. El objetivo es hacer un dispositivo que pueda hacer un solo producto, como en la fotosíntesis natural, pero de manera más eficiente. Al mismo tiempo, el dispositivo debe ser capaz de durar años, como hacen los paneles solares. Eso se suma a los desafíos de ingeniería y diseño.
En Berkeley, tres jóvenes científicos han puesto en marcha una pequeña empresa, Opus 12, para desarrollar su propio dispositivo de conversión de CO2, alimentado con electricidad. Su idea es explotar el hecho de que el CO2 se puede convertir en muchos productos diferentes.
“Nuestra visión es diseñar este reactor más como una plataforma”, dijo Nicholas Flanders, quien fundó el Opus 12 con Kendra Kuhl y Etosha Cave.
En su pequeño laboratorio, ellos rocían los catalizadores para ensayos en una membrana pequeña, usando un aerógrafo modificado. La membrana revestida se pone entonces en un reactor del tamaño de un teléfono inteligente pero más grueso y se conecta a fuentes de CO2, agua y electricidad. Lo que sale del reactor es analizado por su pureza.
El doctor Atwater es realista sobre los desafíos de convertir directamente la luz solar y el CO2 en combustible.
“Puede estar seguro de que los problemas de energía y catálisis no se habrán resuelto en cinco años”, dijo.
Pero hay un interés creciente en su trabajo y en el de sus compañeros investigadores, particularmente después del tratado de clima de París que pide fuertes reducciones de emisiones para combatir el calentamiento global.
Este texto apareció originalmente en The New York Times, puedes leer el original aquí.
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