Un catalizador convierte un gas de efecto invernadero en fuente de energía
Los investigadores convierten el CO₂ en metano: el catalizador recién desarrollado supera la norma del sector
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La transición energética no sólo necesita nuevas fuentes, sino también soluciones eficientes de almacenamiento y transporte. Investigadores de la Universidad de Kiel (CAU) han desarrollado un nuevo tipo de catalizador capaz de convertir el dióxido de carbono (CO₂) -uno de los gases de efecto invernadero más importantes- en metano. El gas sirve como fuente de energía versátil y puede introducirse directamente en las redes de gas natural existentes. El nuevo catalizador es barato, duradero y supera a los materiales industriales. Los investigadores han publicado ahora sus resultados en la revista especializada "ChemSusChem", que informa sobre la química en el contexto de la sostenibilidad.
El profesor Malte Behrens y la estudiante de doctorado Anna Wolf en el laboratorio de síntesis del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel.
© Christina Anders, Uni Kiel
De la energía al gas: almacenamiento de CO₂ en metano
El concepto subyacente power-to-gas (PtG) almacena energía renovable en forma química. Los investigadores lo utilizan para producir hidrógeno a partir de electricidad y hacerlo reaccionar con CO₂ para formar metano. "En condiciones reales, la composición de la reacción fluctúa debido a los cambios en el suministro de electricidad procedente de la energía eólica y solar. Por tanto, necesitamos catalizadores que funcionen de forma fiable incluso en condiciones variables", afirma el profesor Malte Behrens, del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel, que dirige el subproyecto de Kiel en el marco del Programa Prioritario SPP 2080 de la DFG.
El proyecto interdisciplinar combina la química, la física, la ciencia de los materiales y la ingeniería. En el marco de la investigación "Kiel Nano, Surface and Interface Science" (KiNSIS) de la Universidad de Kiel, los investigadores estudian los materiales desde su estructura atómica hasta su aplicación técnica y los desarrollan de forma específica.
La nanoestructura garantiza la eficiencia
El equipo de Kiel trasladó al nuevo catalizador un principio de eficacia probada: combinaron los elementos níquel y magnesio específicamente a nivel atómico. La cristalización conjunta forma una solución sólida. Este compuesto sólo se separa poco antes de la reacción real en el reactor y se forman diminutas partículas de níquel. El óxido de magnesio estabiliza las partículas y garantiza una adsorción especialmente eficaz del CO₂.
"Esta estructura a nanoescala es crucial", afirma la estudiante de doctorado Anna Wolf, primera autora del estudio. "Las partículas de níquel permanecen uniformemente distribuidas y el óxido de magnesio favorece notablemente la producción de metano".
El resultado: incluso a temperaturas comparativamente bajas de 260 °C, el catalizador convierte grandes cantidades de CO₂ en metano. En la práctica, esto significa que un solo kilogramo del material puede producir suficiente metano en poco menos de una semana para calentar una casa unifamiliar durante un año.
Del laboratorio a la aplicación industrial
El equipo atribuye su éxito a la cuidadosa optimización de todos los pasos de la síntesis. "Todo empezó con la idea de transferir un concepto probado a un nuevo sistema de materiales", explica Behrens. "El hecho de que nuestro catalizador supere ahora a los materiales utilizados industrialmente demuestra la importancia de la investigación básica sistemática". Los investigadores están trasladando los resultados de laboratorio a escala industrial y probando el catalizador en condiciones reales de PtG junto con socios colaboradores de la Universidad de Hamburgo.
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