Investigadores de la Universidad George Washington (EE.UU.) han fabricado un desgarbado artefacto que, según afirman, usa eficazmente la luz del sol para activar un novedoso proceso químico con el que producen cal, ingrediente clave del cemento, sin emitir dióxido de carbono. El aparato consigue aprovechar aproximadamente la mitad de la energía de la luz del sol (en comparación, los paneles solares convierten solo un 15 por ciento de la energía solar en electricidad).

La producción de cemento es responsable de la emisión del 5 al 6 por ciento de los gases invernadero de origen humano y la mayor parte de ellos se generan en el proceso de producción de cal. Algunas de las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción convencional de cemento provienen de usar combustibles fósiles que calientan la caliza a altas temperaturas (unos 1.500 ºC). Por tanto, sustituir los combustibles fósiles por energías renovables es un paso evidente, pero no necesariamente económico. El nuevo trabajo se centra en un problema más difícil de resolver. Aproximadamente el 60 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de la producción de cemento son inherentes al proceso: la cal se produce calentando caliza -es decir, carbonato de calcio- hasta que libera dióxido de carbono. 

El nuevo proceso cambia la química. En vez de emitir dióxido de carbono, convierte el gas, usando una combinación de calor y electrólisis para producir oxígeno y -dependiendo de las temperaturas usadas- carbono o monóxido de carbono. Cualquiera de estos dos últimos son productos útiles que se fabricarían igualmente y necesitarían para ello combustibles fósiles.

Para que la electrólisis fuera práctica, los investigadores mezclaron carbonato de calcio sólido con carbonato de litio líquido, que se funde a la temperatura óptima para el proceso, alrededor de 900ºC. La forma líquida es propicia para la electrólisis. Las elevadas temperaturas reducen la cantidad de electricidad necesaria para electrolizar y hacen que la cal se precipite fuera de la mezcla, haciendo que sea más fácil de recolectar (a temperaturas más bajas la cal es más soluble, así que no se precipita).

Para demostrar el proceso, los investigadores han construido un aparato que incluye tres lentes de Fresnel para concentrar la luz del sol, dos de las cuales calientan la mezcla de carbonato de litio y caliza. Éstas son las lentes más grandes. Su tamaño relativo refleja el hecho de que la mayor parte de la energía necesaria para el proceso se dedica a calentar la mezcla. La tercera lente, más pequeña, concentra la luz sobre una célula fotoeléctrica de alta eficiencia que proporciona la cantidad relativamente pequeña de electricidad necesaria para electrolizar la mezcla caliente de carbonatos.

El aparato solo sirve para demostrar el concepto y no está hecho para comercializarse. Es pequeño y solo funciona cuando hace sol, lo que determinaría un ritmo de operación intermitente que no es el ideal para un proceso industrial. Los investigadores proponen usar sales fundidas para almacenar calor, un sistema que se usa en algunas plantas solares térmicas. Eso permitiría que el proceso funcionara día y noche. En este caso, la electricidad se obtendría al usar el calor almacenado para generar vapor que moviera una turbina, como en una planta solar térmica, o de cualquier otra fuente de electricidad.

Stuart Licht, el profesor de química de la Universidad George Washington que ha dirigido la investigación, calcula que si se pudiera realizar el proceso a mayor escala, podría ser más barato que la fabricación de cal convencional. Afirma que consiguen una mayor eficiencia que con los paneles solares porque usan parte del espectro solar que las células solares no pueden transformar eficazmente en electricidad.

Aún así, el proceso requiere una cantidad importante de energía, según el director general de C12 Energy, Kurt House, que ha desarrollado procesos de producción de hormigón con bajas emisiones de carbono “[La cuestión] se resume en qué quieres hacer con la energía solar”, afirma. “Si la eficiencia es tan buena como dicen, entonces estoy de acuerdo, esto es algo muy, muy interesante. Pero soy escéptico”, advierte House.