Los investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia han logrado demostrar con éxito una máquina prototipo que utiliza la energía del sol para convertir el agua y el dióxido de carbono en unos ladrillos moleculares capaces de generar combustibles para el transporte. El sistema “Sunshine to Petrol” podría convertirse finalmente en una forma práctica para reciclar el dióxido de carbono de las plantas eléctricas e industriales en gasolina, diesel y combustible para aviones, siempre y cuando el proceso se vuelva al menos el doble de eficiente que la fotosíntesis natural.

Hasta hace poco, el sistema sólo había sido validado en un laboratorio y en pequeños grupos. Una máquina de demostración construida a mano se puso a prueba con éxito este otoño. “Este prototipo que estamos evaluando es el primero de su tipo,” afirma Rich Diver, investigador de Sandia e inventor del dispositivo.

“A corto plazo vemos todo esto como una alternativa al secuestro,” afirma James Miller, ingeniero químico dentro del laboratorio de materiales avanzados de Sandia. En vez de simplemente bombear el CO2 bajo tierra y almacenarlo permanentemente, afirma Miller, la abundante energía del sol podría utilizarse para conseguir una “combustión inversa” que, en esencia, lograría convertir el dióxido de carbono de vuelta en combustible. “Es una utilización productiva del CO2 que podríamos capturar en una planta de carbón y en otras fuentes concentradas similares.”

La máquina de metal cilíndrica, llamada Recuperador Reactor Receptor de Anillo Contra-Rotativo (CR5), utiliza el calor solar concentrado para provocar una reacción termo-química sobre un material compuesto rico en hierro. El material está diseñado para soltar una molécula de oxígeno al ser expuesto al calor extremo, y después recuperar una molécula de oxígeno una vez se enfría.

La máquina está diseñada con una cámara en cada lado. Un lado está caliente, el otro está frío. A través del centro se extiende una serie anillos parecidos a Frisbees que giran a una revolución por minuto. El borde exterior de cada anillo está hecho de un compuesto de óxido de hierro apoyado sobre una matriz de zirconio. Los científicos utilizan un concentrador solar para calentar el interior de una cámara a 1.500 º C, lo que hace que el óxido de hierro de un lado del anillo suelte moléculas de oxígeno. Al tiempo que la cara afectada de los anillos rota a la cámara opuesta, empieza a enfriarse y el dióxido de carbono comienza a ser bombeado. El enfriamiento permite al óxido de hierro volver a robar las moléculas de oxígeno del CO2, lo que da monóxido de carbono como resultado. El proceso se repite continuamente, convirtiendo a un flujo entrante de dióxido de carbono en un flujo saliente de monóxido de carbono.

Miller afirma que el mismo proceso se puede utilizar para producir hidrógeno, la única diferencia es que en vez del dióxido de carbono, lo que se bombea en la segunda cámara es agua. Los dos gases obtenidos de forma separada—el hidrógeno y el monóxido de carbono—se mezclan juntos para fabricar syngas, que se puede utilizar como “pieza de reemplazo” para los combustibles tradicionales, afirma Miller.

Diver diseñó originalmente la máquina teniendo la economía del hidrógeno en mente. La idea era evitar la ineficiencia de la electrolisis y construir un motor de calentamiento solar que pudiese producir hidrógeno y oxígeno directamente, evitando el uso intermedio de electricidad. Este método también está siendo explorado por investigadores en Japón, Francia y Alemania.

No obstante el equipo de Sandia pronto se dio cuenta de que el mismo proceso podía convertir el CO2 en monóxido de carbono. Incluso si la economía del hidrógeno no acabase de despegar, aún así tendrían un método para elaborar los combustibles de los que dependemos hoy día en una forma que limita el impacto de la quema de carbón y el gas natural para generar electricidad y otros procesos industriales.

Diver señala que el reto ahora es mejorar la eficiencia del sistema. Si el equipo de Sandia es capaz de demostrar una eficiencia mayor, “podría suponer un paso significativo hacia adelante,” afirma Vladimir Krstic, director del Centro de Manufactura de Cerámicas y Nanomateriales Avanzados en la Universidad de Queens en Kingston, Ontario.

Los científicos creen que pasarán de 15 a 20 años antes de que la tecnología esté lista para el mercado. Mientras tanto, el objetivo es desarrollar una nueva generación de prototipos cada tres años que muestren un incremento de la eficiencia de conversión solar-a-combustible y una rebaja en los costes. Parte de todo esto vendrá dado por el desarrollo de nuevos compuestos de cerámica capaces de liberar moléculas de oxígeno a temperaturas más bajas, permitiendo que una mayor cantidad de luz solar sea convertida en hidrógeno o monóxido de carbono.

“Nuestro objetivo a corto plazo es llevar todo esto a un porcentaje bajo de eficiencia,” afirma Miller. “Puede que parezca una cifra baja, pero nos gusta compararnos con la fotosíntesis, que en realidad es una forma muy ineficiente de utilizar la luz solar.”

Afirma que la eficiencia teórica máxima para la fotosíntesis es de alrededor de un 5 por ciento, aunque en el mundo real suele caer hasta aproximadamente un 1 por ciento. “Por tanto puede que estemos empezando muy bajo, pero nos gusta enmarcar todo esto dentro del contexto que tenemos que superar. Finalmente, creemos que tenemos que situarnos en el rango de 10 por ciento de conversión, y aún nos queda muchísimo por recorrer hasta llegar ahí.”