Para sectores como la aviación, la electrificación sigue siendo un ideal utópico. Y eso resulta aún más preocupante si tenemos en cuenta que España ha pasado de los 119 millones de personas viajeras en la red de aeropuertos de Aena en 2019 a algo más del doble en 2022 (243 millones). Dicho crecimiento provocó que el sector emitiera 6,96 millones de toneladas de CO2 el año pasado, «un 32 %» más que en el año previo a la pandemia. Se trata del valor «más alto» desde 2012, primer año del que la consultora medioambiental Global Factor tiene registros.
Quienes trabajan para reducir la concentración atmosférica de este gas saben de sobra que la naturaleza les lleva una gran ventaja. Después de todo, ha tenido miles de millones de años para perfeccionar el proceso que permite a las plantas capturar CO2 y la luz solar para almacenarla como una energía química útil, liberando a su vez oxígeno. Así, la fotosíntesis ya inspira estrategias prometedoras para atajar este problema acuciante, como es el caso de la fotocatálisis.
El Instituto de Investigación en Materiales Avanzados y Matemáticas (InaMat2) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) profundiza desde 2016 en esta línea con el objetivo de fabricar combustibles renovables. «Queremos ser capaces en el futuro de captar CO2 del ambiente y hacer lo que hacen las plantas. Ellas lo convierten en sus nutrientes y azúcares, y nosotros lo transformamos en combustibles renovables, desde metano hasta gasolina», explica Ismael Pellejero, investigador del centro educativo.
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Para ello, el grupo de investigación de la UPNA cuenta con el apoyo del Centro Tecnológico Lurederra, que fabrica nanopartículas fotocatalíticas a través de la tecnología Flame Spray Pyrolysis (FSP).
«Para que el CO2 se transforme en un combustible, necesitamos generar reacciones específicas que estarán condicionadas por dos características de las nanopartículas: su composición química y su estructura. La FSP permite diseñar al detalle la composición de los fotocatalizadores», detalla Cristina Salazar, líder de grupo en la Unidad de Investigación Avanzada de la entidad.
La colaboración entre ambas instituciones continúa a través de Forest2+, cuyo fin es identificar materiales más competitivos y avanzar en el camino hacia un primer prototipo industrial. La iniciativa está coordinada por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y financiada por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.
PRODUCCIÓN DE METANO VERDE
El camino hacia la producción de combustibles como la gasolina o el diésel a partir de la fotocatálisis es largo. Pero se pueden aprovechar algunos productos incipientes, que ya están ofreciendo las primeras respuestas. En este sentido, sostiene Pellejero, conseguir una molécula de metano que posee un solo carbono resulta «más sencillo» que conseguir un diésel, con ocho carbonos: «La tecnología que hay detrás de ambas conversiones es la misma. Es importante rescatar los resultados intermedios de los proyectos, como lo es en nuestro caso el metano verde, que puede ser la base del gas natural tan ampliamente utilizado en la industria».
Así, desde la UPNA proporcionaron a Lurederra guías para el diseño de las nanopartículas fotocatalíticas. Este material funcionó como una base sobre la que el grupo universitario aplicaba modificaciones.
El grupo investigador aplicó las nanopartículas fotocatalíticas en un microrreactor fabricado a través de impresoras 3D.
«Esto también lo hace la naturaleza. Dentro de las células de una planta, la clorofila permite que absorban la luz solar y produzcan diferentes azúcares a través de distintos procesos. Los materiales de Lurederra necesitan también de modificadores específicos como el rutenio, el níquel o el cobalto, que ayudan a la absorción de la luz. Así mismo, se encargan de que el combustible que obtengamos sea metano. Cambiando esos modificadores y sus condiciones de reacción puedes generar otros combustibles», detalla el investigador doctor de la UPNA.
Para probar la efectividad de una u otra modificación, las nanopartículas fueron aplicadas tanto en celdas de fotorreacción comerciales como en microrreactores fabricados a través de impresoras 3D en el laboratorio de la universidad. Estos últimos, añade Pellejero, funcionan como las hojas de las plantas: «Si vaciáramos las hojas de células, se quedarían unos canales vacíos. Nosotros rellenamos los canales del polímero transparente, fabricados por impresión 3D, con fotocatalizadores para que la reacción se produzca ahí dentro».
HACIA EL PRIMER PROTOTIPO
La iniciativa, que ha caracterizado y comparado distintos compuestos, ya ha generado un primer candidato, «que muestra una actividad alta y ha conseguido un rendimiento mayor» al ser comparado con un producto comercial. «En concreto, la mezcla de óxido de circonio hecho en Lurederra y partículas de rutenio que añaden desde la UPNA conforma un material muy activo para la metanización. Con estos resultados nos acercamos a la optimización de costes y a la competitividad. Además, nos permitirá dar el paso al prototipado de un primer equipo industrial», valora Salazar.
Los resultados de la iniciativa colaborativa se aplicarán en Panel-to-Fuel, un proyecto financiado con ayudas estatales.
De hecho, el grupo investigador conformado por ambos centros ya ha empezado a trabajar en Panel-to-Fuel, iniciativa que desarrollarán junto a la firma Ingeniería Navarra Mecánica. Inspirado en los paneles fotovoltaicos, este nuevo proyecto propone el desarrollo de un panel fotocatalítico que integre tanto la producción de hidrógeno verde como la captura y conversión de CO2 en combustibles neutros con respecto a las emisiones de carbono a la atmósfera.
La iniciativa recibió 571.112 euros en la convocatoria de Proyectos en Líneas Estratégicas del Plan Estatal de Investigación Científico, Técnica y de Innovación 2021-2023. «Forest2+ fue importante para conseguir la identificación de los materiales más competitivos. La prueba que realizaremos a continuación es dar el paso a un nivel más grande para obtener más información de los rendimientos y las pegas, así como de los aspectos a considerar a nivel ingenieril como el control de flujo o de las temperaturas», culmina Salazar.
