Los reactores solares de flujo transforman el dióxido de carbono en combustibles
Convertir el dióxido de carbono en combustible útil parece sencillo, pero la química que hay detrás es compleja. El reto consiste en lograr que el dióxido de carbono y el agua reaccionen de forma selectiva y eficiente, y durante el tiempo suficiente para que el proceso pueda llegar a tener relevancia fuera del laboratorio algún día. El equipo del proyecto NEFERTITI(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, ha desarrollado un sistema de reactor alimentado con energía solar para producir combustibles líquidos a partir de dióxido de carbono y agua. Se basó en la fotocatálisis —un proceso en el que la luz activa un catalizador para provocar una reacción química— y probó reactores de flujo continuo en lugar de recipientes cerrados de lotes. El trabajo se enmarca en una investigación europea más amplia sobre la conversión solar del dióxido de carbono y el agua en compuestos con múltiples átomos de carbono.
Los reactores solares de flujo produjeron etanol y otros combustibles
El proyecto tenía como objetivo integrar dos reactores fotocatalíticos, componentes de captación de luz y un sistema de purificación en un único sistema validado en el nivel 4 de preparación tecnológica (TRL4, por sus siglas en inglés), lo que significa que se trata de una tecnología en fase inicial a escala de laboratorio que ha sido probada en un entorno pertinente. Al final, el sistema demostró que la producción podía variar en función de las condiciones de funcionamiento. El coordinador del proyecto, David González Gálvez, responsable de área del Centro Tecnológico Leitat(se abrirá en una nueva ventana), explica: «Al finalizar el proyecto, el sistema integrado demostró ofrecer una gama de productos flexible en función de las condiciones de reacción». En determinadas condiciones, producía etanol y otros alcoholes de cadena más larga; en otras, metano, metanol y acetona. El etanol se perfiló como el objetivo más realista a corto plazo, ya que combinaba selectividad, madurez del proceso y pertinencia en el mercado.
Los reactores de flujo continuo mejoraron el control de la producción de combustible
Una decisión fundamental fue pasar de la química por lotes al flujo continuo, en el que los reactivos atraviesan el reactor de forma constante. González Gálvez afirma: «La principal ventaja de los reactores de flujo continuo es el alto nivel de control que ofrecen en comparación con los sistemas discontinuos». Esto es importante porque la distribución de la luz, la transferencia de calor y el contacto entre gases, líquidos y catalizadores influyen en el rendimiento. El proyecto también pasó del dióxido de carbono disuelto en agua al dióxido de carbono «húmedo», una corriente gaseosa que contiene vapor de agua. Esto hizo que el catalizador dispusiera de más dióxido de carbono y aumentó la velocidad de reacción. La contrapartida fue que el control de la humedad se convirtió en uno de los mayores retos de la primera fase de la conversión.
Lo que aún le falta a la tecnología de los combustibles solares para su implantación a gran escala
El proceso integrado sigue enfrentándose a un cuello de botella: una baja conversión en ambas etapas de reacción. Incluso cuando la selectividad hacia el etanol y los alcoholes superiores es elevada, la productividad global puede seguir siendo limitada. A un nivel de conversión más alto, el sistema puede pasar a producir metano, lo que reduce el rendimiento de los productos líquidos deseados. González Gálvez destaca el paso siguiente: «El paso siguiente más evidente para pasar del nivel TRL4 a la fase de estudio industrial es mejorar tanto el rendimiento como la durabilidad». En la mayoría de los experimentos se utilizó luz artificial controlada, mientras que la luz solar natural se probó principalmente para evaluar la estabilidad. Por lo tanto, los trabajos futuros deben centrarse en mejorar la estabilidad a largo plazo del catalizador, aumentar la conversión sin perder selectividad hacia el etanol y comprender mejor cómo las variaciones de la luz solar afectan al rendimiento. El proyecto NEFERTITI no dio lugar a una planta de combustible lista para salir al mercado. Sin embargo, proporcionó una vía probada para combinar el dióxido de carbono, el agua, la luz y la química de flujo en una única plataforma, además de ofrecer una visión más clara de lo que hay que mejorar para que la producción de combustible solar pueda acercarse al uso industrial.
