Eliminación de gases de efecto invernadero distintos del CO2 mediante fotocatálisis
La reducción de las concentraciones atmosféricas de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y otros gases de efecto invernadero (GEI) permite ralentizar el ritmo del cambio climático. Sin embargo, hasta ahora se había prestado poca atención a la eliminación de GEI distintos del CO2. El potencial de calentamiento global (PCG) mide la capacidad de los GEI para contribuir al calentamiento. Entre los más importantes distintos del CO2 figuran el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y el diclorodifluorometano (CCl2F2)(se abrirá en una nueva ventana). Todos ellos presentan un gran PCG. Estos gases de elevado PCG se pueden eliminar mediante fotocatálisis(se abrirá en una nueva ventana): proceso que los transforma en compuestos atmosféricos menos nocivos, como vapor de agua y pequeñas cantidades de compuestos volátiles, que son GEI con menor impacto climático que sus precursores. Los procesos fotocatalíticos han demostrado una gran eficacia a escala de laboratorio, por lo que podrían favorecer el uso de la luz solar para inducir la degradación de CH4, N2O y CCl2F2.
Alimentado por el sol
En el proyecto STEPforGGR(se abrirá en una nueva ventana), financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), se evaluó si este planteamiento innovador de la tecnología de eliminación de GEI podría funcionar en condiciones reales. Los investigadores emplearon torres de convección solar(se abrirá en una nueva ventana) como gigantescos «procesadores de aire» junto con la fotocatálisis para eliminar directamente del aire los GEI distintos del CO2, en particular el CH4. Las torres de convección solar utilizan el sol para calentar el aire bajo un gran colector (como un invernadero). El aire caliente asciende a través de una chimenea de gran altura, lo que genera un flujo de aire continuo y pasivo sin necesidad de emplear energía de origen fósil. El flujo de aire constituye el elemento clave del sistema, ya que permite poner en contacto grandes volúmenes de aire con superficies catalíticas en condiciones controladas. «El aire circula a través de un sistema calentado por el sol, donde el gas objetivo —por ejemplo, el CH4— entra en contacto con una superficie recubierta especial. Bajo la luz, este recubrimiento activa reacciones químicas que transforman el GEI en productos con menor impacto climático. En el caso del CH4, principalmente CO2 y agua», explica Wei Li, coordinador del proyecto en la Universidad de Edimburgo(se abrirá en una nueva ventana). «El CH4 presenta un PCG muy superior al del CO2 a escalas temporales cortas. Por ello, la conversión de pequeñas cantidades de CH4 puede generar beneficios climáticos importantes, sobre todo si se aplican a gran escala», observa Wei Li.
Del laboratorio a la aplicación a gran escala
La ampliación de esta tecnología exige combinar sistemas de flujo de aire pasivo de gran tamaño (como las torres de convección o sistemas relacionados) con materiales recubiertos catalíticos que mantengan su actividad en condiciones exteriores durante periodos largos. Las aplicaciones prácticas se orientan hacia instalaciones de gran escala en regiones soleadas, con disponibilidad de suelo y condiciones favorables de flujo de aire, y con potencial de integración en infraestructuras existentes. Wei Li comenta: «La eliminación de metano atmosférico mediante fotocatálisis no es únicamente un problema de materiales ni de diseño de reactores. Se trata de un sistema acoplado en el que interactúan el flujo de aire, la radiación luminosa, la química de superficies y la durabilidad en condiciones exteriores. STEPforGGR permitió analizar estas interacciones de forma sistemática e identificar los límites reales de rendimiento». Se espera que los próximos pasos se centren en la mejora de la actividad catalizadora y la durabilidad a largo plazo, además de diseños de ingeniería que maximicen el contacto al tiempo que limitan las pérdidas de presión. El objetivo consiste en trasladar los resultados obtenidos en laboratorio a escenarios técnico-económicos y de uso del suelo viables. «También hay margen para explorar arquitecturas relacionadas (incluidos conceptos de torres integradas en edificios o alternativas) y ampliar la investigación del CH4 a otros gases distintos del CO2 cuando sea posible», concluye Wei Li. Este trabajo aporta una base útil para investigadores e ingenieros dedicados al desarrollo de tecnologías de eliminación de GEI, para la industria de fabricación de reactores y materiales, como el vidrio recubierto, y para responsables políticos que evalúan opciones rigurosas para mitigar el cambio climático.