Veurem tot seguit dos projectes europeus de recerca i un treball acadèmic australià, tots tres amb el mateix objectiu: obtenir combustibles o altres materials útils a partir de substàncies abundants en la natura (algunes d’elles problemàtiques, com és el cas del CO2) mitjançant energies renovables en alguns casos, mitjançant noves reaccions químiques en d’altres. Un dels projectes europeus compta amb la participació de l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ).
- Projecte ENERGY-X: captura de l’energia solar i eòlica en forma química
- Projecte Sunrise: producció de combustible i de químics de base a partir de l’energia solar
- Royal Melbourne Institute of Technology: emmagatzemament sòlid de diòxid de carboni
- Autors
Contents
Projecte ENERGY-X: captura de l’energia solar i eòlica en forma química
ENERGY-X és un projecte finançat per la Unió Europea dins el marc de l’Estratègia Horizon 2020 (núm. 820444). El seu objectiu és bastir un full de ruta estratègic orientat a la recerca sobre la conversió eficient de l’energia solar i eòlica cap a formes químiques. En l’actuació hi ha implicats tretze socis de diversos països europeus (Dinamarca, Alemanya, Bèlgica o Txèquia, entre d’altres; de la nostra rodalia, trobem com a partícip la Universitat Politècnica de València), i un gran nombre d’empreses industrials hi donen suport, també.
Partint de la constatació que cal proporcionar a tothom l’energia i els materials que necessita per desenvolupar la seva activitat, la iniciativa vol trobar camins de fer-ho de manera que l’empremta ambiental no creixi i sense contribuir tampoc al canvi climàtic. Sembla clar, segons els responsables d’ENERGY-X, que cal en tot cas desprendre’s dels combustibles fòssils.
Així, ENERGY-X vol desenvolupar la tecnologia necessària per a una conversió eficient de l’energia solar i eòlica en formes químiques, i aconseguir-ho a més en escales de les quals se’n pugui servir la indústria. Per assolir aquest objectiu, cal treballar en els camps de les ciències moleculars i de la catàlisi d’interfícies, per trobar nous catalitzadors que puguin fer viable la conversió desitjada. L’actuació pretén a més superar els principals reptes a què s’enfronten avui dia aquesta mena de tecnologies, entre els quals hi ha la insuficiència del seu rendiment (que les fa inaplicables en la indústria com s’ha dit) o la utilització forçosa de materials rars que impliquen. ENERGY-X vol bastir una plataforma de solucions viables i sostenibles a partir dels conceptes bàsics dels processos químics d’interfície esmentats.
ENERGY-X se centrarà en tres processos: la conversió (mitjançant tècniques electroquímiques o termoquímiques) de l’aigua, del CO2 i de substàncies químiques de base (com ara nitrogen o amoníac) a fi d’obtenir-ne combustibles d’aviació neutres quant a carboni i fertilitzants sense empremta de CO2. Aquests són de moment els objectius proposats: segons els responsables del projecte, l’abandonament dels combustibles fòssils en favor de les noves modalitats que s’obtinguin proporcionaria beneficis immediats a la indústria europea mentre no arriba l’electrificació massiva del sector aeronàutic; i pel que fa als fertilitzants, seria possible de fabricar-los de manera descentralitzada, cosa que segons com podria apoderar el sector agrari fent-lo independent de grans corporacions.
Un sistema energètic sostenible: en verd, àrees d’activitat on la tecnologia disponible encara no permet la viabilitat econòmica de la conversió de les energies renovables cap a formes químiques (© Nørskov, Schlögl, Weckhuysen, Centi, Chorkendorff i Kibsgaard)
Un sistema de síntesi d’amoníac que produeix fertilitzant just on cal i quan fa falta, a partir de l’energia solar: és un dels objectius de demostració d’ENERGY-X
Projecte Sunrise: producció de combustible i de químics de base a partir de l’energia solar
Sunrise vol proposar una alternativa sostenible a la producció actual de combustibles (d’origen fòssil) i de químics de base (que consumeix grans quantitats d’energia) mitjançant l’aprofitament de l’energia solar, amb molècules abundants a l’atmosfera (aigua, CO2, O2, N2) com a matèries primeres per als nous productes que es volen obtenir, i amb la mediació de les tecnologies de fotosíntesi artificial.
Per tal de dur a terme una transició energètica reeixida és fonamental trobar maneres d’emmagatzemar l’excedent elèctric provinent de fonts renovables, i en aquest sentit els combustibles solars, així com altres productes químics que es puguin obtenir, constitueixen una modalitat d’emmagatzematge molt més eficient que, per exemple, la producció de biomassa.
Sunrise té la intenció de facilitar la transició cap a una economia circular d’emissions baixes, nul·les o negatives, i ho farà mitjançant la conversió electroquímica (a partir de fonts renovables) amb l’ús d’electrolitzadors, i més endavant mitjançant la utilització de sistemes fotoelectroquímics i mètodes biohíbrids per a una conversió directa de la llum solar en compostos químics útils.
La visió de Sunrise, actuació que ha començat a caminar aquesta primavera de 2019
L’ambició de Sunrise és aconseguir la conversió de 2.500 t de CO2 i produir més de 100 t de químics de base per hectàrea i any, cosa que suposaria un rendiment superior en un 300% al que proporcionen les pràctiques actuals: això, val a dir, sols es podrà aconseguir si es desenvolupen nous materials que permetin absorbir més del 90% de la llum solar i emmagatzemar més del 80% dels electrons fotogenerats en forma de combustible solar o d’altre producte químic (i aquest és un dels principals objectius de Sunrise, fet i fet).
En el curt termini, l’objectiu principal de Sunrise és la producció circular de químics d’alt valor afegit a partir d’electricitat provinent de fonts renovables i de CO2 residual procedent de processos industrials, principalment mitjançant l’aplicació d’electròlisi.
Per a 2030, el projecte vol implantar els seus dispositius de conversió en escales territorials més àmplies, de fins a 1.000 ha, cosa que hauria de permetre un cost de producció de combustible alternatiu de 0,4 €/L. Una altra fita que vol assolir Sunrise en aquest horitzó temporal és la construcció de prototips operatius de fotoconversió de CO2.
Més en el llarg termini, Sunrise espera contribuir a la conversió directa de la llum solar en productes químics, mitjançant procediments de fotosíntesi artificial d’alt rendiment i orientats cap al producte desitjat, a partir dels gasos naturalment presents a l’atmosfera.
Sunrise vol començar a treballar en l’elaboració del seu full de ruta tan aviat com pugui, segurament l’any 2020, atesa la urgència del problema del CO2, que s’hauria de poder convertir en materials útils com més aviat millor. Per a l’assoliment dels objectius del projecte serà crucial el treball conjunt dels més dels cent cinquanta actors que prenen part en l’actuació, des del món acadèmic als diferents sectors industrials, passant per les organitzacions no governamentals. Dins l’ecosistema que conforma la iniciativa Sunrise hi trobem una organització de casa nostra: l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ).
Royal Melbourne Institute of Technology: emmagatzemament sòlid de diòxid de carboni
Un equip de recerca integrat per personal d’institucions acadèmiques australianes, alemanyes, xineses i nord-americanes, i liderat pel Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT), ha desenvolupat un nou procediment d’emmagatzemament de CO2 en una forma sòlida d’aparença semblant a la del carbó i que podria contribuir a la remoció activa de CO2 de l’atmosfera.
Els procediments d’emissió carbònica negativa mitjançant la conversió del diòxid en material sòlid no són nous, val a dir; però per primera vegada, segons els responsables de l’actuació, s’ha assolit una conversió segura i permanent sense aportacions grans, quasi insostenibles, de calor. L’equip encapçalat pel RMIT va publicar el seu treball a la revista Nature Communications, el passat mes de febrer, en un article titulat “Room temperature CO2 reduction to solid carbon species on liquid metals featuring atomically thin ceria interfases”. Podeu accedir-hi seguint el vincle adjunt.
Segons apunten els investigadors responsables de la troballa, fins a la data la conversió de diòxid de carboni en sòlid només es verificava a temperatures extremament elevades, que al capdavall feien aquests procediments industrialment inviables. Però amb la utilització de metalls líquids com a catalitzadors, els investigadors creuen haver demostrat que el procés pot tenir lloc a temperatura ambient, de manera eficient i fàcilment escalable per fer-lo atractiu econòmicament.
En el procés, l’equip de recerca s’ha servit d’un metall en forma líquida (un compost de ceri) que, combinat amb CO2 gasós i fluid electrolític, fa que el gas es converteixi en una mena de flocs sòlids tan bon punt s’aplica un corrent elèctric a la mescla. El CO2 sòlid que s’obté d’aquesta manera té una aparença similar a la del carbó, però a diferència d’aquest és capaç de retenir càrrega elèctrica, i això en fa un bon supercondensador, eventualment, amb possibles aplicacions industrials, per exemple, en la fabricació de vehicles elèctrics. Com a subproducte del procés també s’obté combustible, cosa que podria reforçar la viabilitat econòmica de la nova metodologia.
El procés de catàlisi, esquemàticament (© Royal Melbourne Institute of Technology)
Tot i que encara caldrà dur a terme més recerca sobre aquest procediment, els seus responsables creuen que és un primer pas prometedor per aconseguir l’emmagatzematge sòlid dels excedents de CO2. Cal assenyalar que les tecnologies de captura de diòxid de carboni, actualment, se centren més en la compressió del gas fins a la liqüefacció i la posterior injecció sota terra, en un procediment que no està exempt de riscos ja que existeix la possibilitat que se’n produeixin fuites; d’altra banda, la solidificació del CO2, com s’ha apuntat, fins ara només s’havia a aconseguit en unes condicions de temperatura que la feien inviable a gran escala.
En paraules d’un membre de l’Australian Research Council, que ha col·laborat en l’actuació, “no es pot tirar el temps enrere literalment; però transformar el diòxid de carboni de nou en carbó i enterrar-lo és, una mica, com endarrerir el rellotge de les emissions”.
Autors
Redactat per: Alfonso Martínez Jaume
Per saber-ne més: Projecte Energy-x, Projecte Sunrise, “Room Temperature CO2 Reduction...”, “Room Temperature CO2 Reduction...” [vídeo]
