Unos investigadores descubren una vía de síntesis inesperada: una nueva vía para obtener metano climáticamente neutro

Sin embargo, para lograrlo se necesitan materiales especiales. La búsqueda de dichos materiales es el objetivo central del proyecto de investigación MECS, un clúster de excelencia austriaco financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF). Ahora se ha dado un paso importante: el equipo ha investigado el níquel sobre circonia estabilizada con itria. En contacto con el vapor de agua y el dióxido de carbono, este material permite una compleja cascada de procesos químicos, que ahora se ha descifrado en detalle por primera vez y que, en última instancia, produce metano.

Dos pasos a la vez

«La idea de convertir el dióxido de carbono en gases de producto no es nueva», afirma el profesor Günther Rupprechter, del Instituto de Química de Materiales de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien). «El dióxido de carbono puede dividirse y, a continuación, reaccionar con hidrógeno. Sin embargo, la pregunta que surge entonces es: ¿de dónde procede el hidrógeno?».

Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno sigue produciéndose a partir de fuentes fósiles —lo que se conoce como hidrógeno «negro» o «gris»—. Si se recurre a este tipo de hidrógeno, el proceso global no es climáticamente neutro. «Para nosotros, en el clúster de investigación MECS, estaba claro que sería mucho más elegante desarrollar un proceso que lograra dos cosas al mismo tiempo: en primer lugar, descomponer el dióxido de carbono para obtener carbono y, en segundo lugar, descomponer el agua para obtener simultáneamente hidrógeno “verde”», explica Günther Rupprechter. El hidrógeno y el carbono pueden utilizarse entonces para formar metano (_CH₄) totalmente renovable. En pasos posteriores, si fuera necesario, este metano también podría transformarse en otras sustancias, como combustibles líquidos renovables.

La circonita, la estrella subestimada

«Durante años se dio por sentado que el níquel era el factor principal que determinaba este proceso químico», afirma Bernhard Klötzer, de la Universidad de Innsbruck. «Pero algunos resultados experimentales no encajaban del todo en este panorama. Queríamos comprender exactamente qué ocurre en la superficie electroquímicamente activa».

Para averiguarlo, el equipo desarrolló un electrodo modelo poroso muy especial, fabricado con níquel sobre circonio estabilizado con itria, y lo analizó mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X. Esta técnica permite seguir los cambios químicos directamente durante el proceso, en tiempo real.

El resultado fue una sorpresa: la circonia se había utilizado inicialmente sobre todo porque es permeable a los iones de oxígeno y puede transportarlo hacia el exterior. «Pero resultó que la circonia desempeña aquí un papel mucho más activo de lo que se pensaba», afirma Christoph Thurner, primer autor del estudio actual. «Cuando aplicamos una tensión eléctrica, el carbono se deposita inicialmente sobre los átomos de níquel, tal y como esperábamos. Pero parte de este carbono migra posteriormente hacia la superficie de la circonita, donde se forma un compuesto reactivo de carbono y circonio. En cuanto pequeñas cantidades de vapor de agua entran en contacto con este compuesto, este reacciona de nuevo y se forma metano».

Almacenamiento químico de la energía solar

«El comportamiento dinámico de la superficie de circonio resultó ser crucial», afirma Alexander Genest, de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien), quien llevó a cabo las simulaciones. «Hemos podido demostrar que el metano se forma a través de una vía de reacción hasta ahora desconocida. Esto abre nuevas perspectivas para el desarrollo de células de electrólisis. Nos ofrece una forma de aprovechar electroquímicamente el excedente de energía eléctrica, por ejemplo, en días especialmente soleados en los que los paneles fotovoltaicos generan un exceso de energía, y producir metano. De este modo, la energía puede almacenarse en forma de combustibles versátiles que pueden conservarse a largo plazo sin dificultad».