Baterías reciclables para reducir las emisiones de CO₂
Los ganadores de los premios de investigación de la Universidad de Paderborn presentan sus resultados
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La protección del clima y un suministro energético fiable se encuentran entre los principales retos de nuestro tiempo. Mientras que la demanda energética va en aumento, las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) deben reducirse y los recursos valiosos deben utilizarse de forma más eficiente. Por eso se necesitan tecnologías que aborden varios de estos retos al mismo tiempo. ¿Y si se utilizara el CO₂ para impulsar la protección del clima? La profesora adjunta Dra. María Nieves López Salas y la investigadora posdoctoral Dra. Teresa de los Arcos de Pedro, ambas del Departamento de Química de la Universidad de Paderborn, están explorando precisamente esta cuestión en su proyecto de investigación. Están investigando si el CO₂ puede utilizarse para almacenar energía en baterías. Por su proyecto, recibieron el Premio de Investigación de la Universidad de Paderborn en 2024 y ahora han presentado sus primeros resultados al público en el Ayuntamiento de Paderborn.
Aplicaciones industriales
«Las fuentes de energía renovables, como la eólica o la solar, no siempre están disponibles. Por eso necesitamos baterías de gran capacidad que puedan almacenar esta electricidad de forma fiable sin ser perjudiciales para el medio ambiente», explica la Dra. de los Arcos de Pedro. Las baterías de CO₂ de Paderborn están destinadas, por tanto, a grandes instalaciones industriales con un elevado consumo energético, como las acerías. Allí podrían utilizarse en el futuro para garantizar un suministro eléctrico ininterrumpido, la compensación de la red o sistemas de emergencia autosuficientes. Esto sería posible, entre otras cosas, si las baterías se conectaran directamente a fuentes industriales de CO₂. «El CO₂ se capturaría y se convertiría dentro de la batería, por ejemplo, en monóxido de carbono, que luego podría utilizarse como materia prima para otros procesos químicos», afirma el profesor adjunto López Salas. El hecho de que esta conversión tenga lugar en un electrodo es uno de los hallazgos clave de los químicos. Si bien el monóxido de carbono puede ser nocivo en la vida cotidiana, puede reutilizarse en la industria, por ejemplo, como materia prima clave para la producción de productos químicos.
Catalizadores innovadores para baterías sostenibles
Desde los teléfonos móviles hasta las grandes plantas industriales: las baterías de iones de litio se utilizan actualmente en casi todas partes. «Sin embargo, a pesar de su buen rendimiento, estas baterías presentan problemas: las materias primas, como el litio y el cobalto, proceden de unos pocos países y, en ocasiones, se extraen en condiciones laborales precarias. Además, se asocian a impactos medioambientales y a un elevado consumo de agua. Además, el reciclaje es técnicamente complejo y costoso», afirma el Dr. de los Arcos de Pedro. Por eso, los dos científicos han puesto en marcha el proyecto de investigación «CO2BATT», con el objetivo de desarrollar baterías que utilicen materiales sostenibles y, al mismo tiempo, aprovechen y reduzcan el CO₂.
Las denominadas «baterías de CO₂ de metales de transición (TMBC)» constan de dos electrodos. Por un lado hay un metal, el ánodo, y por el otro, carbono, el cátodo. Entre ambos hay un electrolito líquido que conduce iones a través de una membrana desde el ánodo hasta el cátodo. «Lo que hace que esto sea especial es que la batería utiliza el CO₂ del aire para generar electricidad. Sin embargo, un problema es que el CO₂ es una molécula muy estable y no reacciona fácilmente con otras sustancias. Aquí es precisamente donde entra en juego nuestra investigación: estamos probando qué materiales son los más adecuados y desarrollando catalizadores que ayuden al CO₂ a reaccionar con mayor facilidad y rapidez», explica el profesor adjunto López Salas, cuya investigación se centra en la química de materiales sostenibles. Por ejemplo, el equipo de investigación ha desarrollado un catalizador a base de quitina, una sustancia natural que se encuentra, por ejemplo, en los caparazones de los cangrejos. Con éxito: la batería de CO₂ pudo cargarse y descargarse repetidamente durante más de 50 horas.
Una investigación con gran potencial
El profesor adjunto López Salas se muestra optimista respecto a los próximos pasos: «Ahora disponemos de materiales que funcionan y están dando buenos resultados. Al mismo tiempo, estamos trabajando en la realización de análisis superficiales en tiempo real del catalizador en condiciones reales de reacción. Esto nos permitirá, entre otras cosas, obtener información sobre el estado químico de los átomos. Este método resulta especialmente interesante, ya que nos convertiría en uno de los pocos grupos de investigación del mundo capaces de llevar a cabo este tipo de investigaciones».
«Este proyecto encarna exactamente lo que pretendemos apoyar con el Premio de Investigación de la Universidad: ideas audaces con un gran potencial. Aquí vemos un principio que transforma el CO₂ de un problema en un elemento básico. El potencial que se vislumbra aquí es enorme: un único enfoque aborda simultáneamente la protección del clima y un suministro energético fiable», afirma el Prof. Dr. Thomas Tröster, vicerrector de Investigación y Carreras Académicas.
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