NeoFronteras

Una catálisis quizás sea la clave para convertir dióxido de carbono y agua en metano usando la luz del Sol.

Todos sabemos ya a lo que nos enfrentamos por culpa de nuestra manía de convertir combustibles fósiles en dióxido de carbono. Éste actúa aumentando el efecto invernadero y el clima terrestre está cambiando muy rápidamente a peor.
Pero nuestra avidez por los hidrocarburos es insaciable y hay muchos vehículos circulando que utilizan este tipo de combustibles. Reconvertirlos en vehículos eléctricos es caro y complicado debido al problema de las baterías.
Pero los átomos necesarios para crear hidrocarburos están ahí disponibles, sólo nos hace falta una fuente de energía renovable como el Sol para que la solución sea redonda. La idea es usar agua y dióxido de carbono para producir directamente metano. De este modo no hay problema de almacenaje. Ya mucha gente usa metano es sus casas, es lo que llamamos gas natural. También se podría sintetizar otro tipo de hidrocarburos.
Craig A. Grimes y su equipo de Penn State University han conseguido realizar esta idea con mayor eficacia que antes usando nanotecnología. El sistema consiste en nanotubos de dióxido de titanio dopado con nitrógeno y recubiertos de con una fina capa de cobre o platino. Al suministrar al dispositivo dióxido de carbono, vapor de agua y luz solar ordinaria se genera metano. Anteriormente se consiguió esto mismo, pero un rendimiento 20 veces menor y usando una intensa luz ultravioleta artificial.
La conversión química de estos dos compuestos en metano parece sencilla. Una molécula de CO₂ y dos de H₂O produce dos moléculas de CH₄ y dos moléculas de oxígeno. Pero hacerlo usando fotocatálisis no es sencillo. Los intentos anteriores tuvieron un rendimiento muy escaso y para que este proceso sea útil se necesita incrementar este rendimiento y hacerlo con luz solar ordinaria.
En este caso se expusieron al sol durante 2,5 a 3,5 horas placas con estas nanoestructuras cuando se recibía una potencia de entre 75 y 102 milivatios por centímetro cuadrado.
Los investigadores vieron que los nanotubos cubiertos con platino producían principalmente más hidrógeno, mientras que los cubiertos por cobre producían principalmente monóxido de carbono. Estas dos moléculas representan el paso intermedio a la hora de sintetizar gas sintético.
Cuando los investigadores fabricaron formaciones de nanotubos en los que la mitad estaban cubiertos por platino y la otra mitad con cobre aumentaron la producción de hidrocarburos disminuyendo la de monóxido de carbono. El rendimiento fue de 163 partes por millón de hidrocarburos por centímetro cuadrado a la hora. Aunque los nanotubos estaban dopados con nitrógeno los investigadores creen que éste es innecesario
Este grupo cree que podrán aumentar el rendimiento del sistema y que se puede diseñar un sistema que produzca hidrocarburos de forma continua. Ya tiene una patente y han publicado un artículo en Nano Letters.
Sin embargo hay un problema que no mencionan. Si el hidrocarburo producido es principalmente metano habrá que tener cuidado en que no escape a la atmósfera y creemos otro problema al solventar uno.
Otros que trabajan en la persecución de la misma meta de la «fotosíntesis artificial» son Heinz Freies y Feng Jiao, del Lawrence Berkeley National Laboratory. En este caso también usan nanoestructuras, pero de óxido de cobalto, además de una matriz de sílice como andamiaje.
También empiezan a tener buenos resultados usando luz visible, pero en el laboratorio (para el caso es lo mismo que usar luz solar), y una disolución acuosa. El vídeo que han colgado con los resultados es espectacular. Aunque empezaron con óxido de iridio con bastante éxito han tenido que pasarse al cobalto por ser el iridio muy poco abundante en la corteza terrestre. Si se desea que este método sea realista hay que utilizar materiales abundantes (el cobalto tampoco lo es mucho).
Es de esperar que en los próximos tiempos tengamos más resultados positivos en este nuevo campo de la «fotosíntesis artificial».

Fuentes y referencias:
Penn State University.
Artículo original (resumen).
Nota en el Lawrence Berkeley National Laboratory.
Vídeo en YouTube.
Foto cabecera: Esquema del proceso, vía Nano Letters.