CATALIZADORES CONTRA EL CAMBIO CLIMÁTICO
Publ. 3
Dr. Juan Carlos Fierro González
Tecnológico Nacional de México en Celaya
18 marzo 2022
CATALIZADORES CONTRA EL CAMBIO CLIMÁTICO
El dióxido de carbono (CO2) es un gas que se produce de manera natural y se encuentra en la atmósfera en bajas concentraciones. Sin embargo, también se genera artificialmente cuando quemamos combustibles fósiles. Como el CO2 es un gas de efecto invernadero, su acumulación en la atmósfera puede ocasionar cambios climáticos a nivel global que se manifiestan con veranos más calurosos, inviernos más fríos, así como con el incremento en el nivel medio del mar. Todas estas manifestaciones ponen en riesgo la sustentabilidad de la vida en el planeta, por lo que existe la motivación de evitar que el CO2 se continue acumulando en la atmósfera. Una manera para conseguirlo consiste sustituir los combustibles fósiles con energías renovables, como la solar o la eólica. Sin embargo, nuestras necesidades energéticas continúan en aumento, y esas tecnologías no serán suficientes para satisfacerlas en su totalidad.
Por otro lado, varias energías alternativas tienen la desventaja de funcionar de manera intermitente. Por ejemplo, la energía solar se produce en forma limitada durante el invierno, precisamente cuando los requerimientos energéticos son mayores. En cambio, una buena parte de la energía eléctrica que se obtiene por celdas solares durante el verano no es aprovechada en su totalidad. Esto ha llevado a diversos grupos de investigación a buscar la manera de almacenar ese excedente en energía para luego utilizarlo en el momento y lugar necesarios.
Entre las diversas alternativas para el almacenamiento de energía destacan las tecnologías de Power-to-gas (PtG). Imagine que la electricidad excedente producida por celdas solares se utilizara para romper moléculas de agua. Esta reacción se conoce como electrólisis del agua y a partir de ella se obtiene hidrógeno, que podría emplearse directamente como combustible. Como el hidrógeno es altamente explosivo y difícil de almacenar y transportar, es preferible hacerlo reaccionar con CO2 de la atmósfera para producir metano, pues para este compuesto existe una infraestructura ya instalada que permite su almacenamiento y distribución a lo largo de grandes distancias.
Así pues, las tecnologías PtG resuelven dos problemas: Por un lado, ayudan a aprovechar de manera eficiente la energía obtenida por fuentes renovables, pero al mismo tiempo contribuyen a transformar el CO2 presente en la atmósfera. Entonces, si esta tecnología es tan buena, ¿por qué razón no se emplea de manera extensiva? Existen varias razones para ello, pero una de las principales radica en el hecho de que el CO2 es un compuesto sumamente estable, por lo que hacerlo reaccionar con H2 es complicado y sus transformaciones sólo ocurren a velocidades apreciables en presencia de catalizadores sólidos.
Los catalizadores utilizados normalmente para esta reacción están formados por partículas diminutas (nanopartículas) de algunos metales (como níquel, paladio o rutenio) depositadas sobre los poros de óxidos metálicos. Aunque estos materiales aceleran la reacción, tienden a ser poco estables en el tiempo, lo que ocasiona que deban remplazarse con cierta frecuencia. Además, algunos de ellos son poco selectivos. Es decir, no únicamente aceleran la formación de metano, sino que también ocasionan la formación de monóxido de carbono (CO), un contaminante atmosférico. Existe entonces un interés por desarrollar catalizadores que sean más estables y selectivos para la metanación de CO2. En el Departamento de Ingeniería Química del Tecnológico de Celaya se sintetizan catalizadores para transformar el CO2 en metano. Particularmente, se investiga a nivel atómico el modo en que funcionan los catalizadores para entenderlos a detalle y así encontrar maneras de preparar catalizadores que sean más estables y selectivos.
