Una fulla artificial per fabricar combustible

Isi les benzineres produïssin elles mateixes, fent la fotosíntesi, el combustible que subministren? Si les fulles dels arbres fabriquessin combustible fent la fotosíntesi, no tan sols s’obtindria energia de manera més barata i eficient, sinó que també es reduirien les emissions de CO 2 : s’evitaria la crema de combustibles fòssils i elles mateixes consumirien aquest gas com a element bàsic del procés.

El projecte europeu A-Leaf (acrònim obtingut a partir del concepte de fulla artificial) té precisament com a objectiu emular la fotosíntesi de les plantes per aconseguir metà, gas natural o metanol. El procés seria el mateix que el d’una planta: captar l’energia solar, aprofitar-la per trencar les molècules de l’aigua que s’han absorbit per les arrels i també les del CO 2 que s’ha atrapat de l’atmosfera. Tot plegat, un procés químic de transformació en el qual s’obté un producte energètic. En el cas de les plantes, els sucres que necessiten per viure i créixer. En el marc del projecte A-Leaf, l’objectiu és generar combustible per al consum humà. Aquesta iniciativa europea, en què participen 13 institucions de 8 països europeus i que compta amb un pressupost de 8 milions d’euros, es coordina des de Tarragona, des de l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ). “Estem treballant en un prototip que esperem construir en els pròxims 4 anys”, explica José Ramón Galán-Mascarós, professor Icrea que lidera el projecte.

Imitar la natura

Fins ara, els químics han pogut crear artefactes que imiten de manera parcial algun dels passos de la fotosíntesi. S’ha pogut imitar la forma com les plantes absorbeixen la llum. Per separat, també s’ha trobat com descompondre l’aigua. Però mai s’ha aconseguit construir una màquina que pugui imitar tot el procés en la seva totalitat. “Hi ha resultats interessants de manera parcial, s’ha pogut descompondre l’aigua, s’ha experimentat amb catalitzadors... però aquest és el primer projecte en què es combinaran tots els processos per aconseguir una fotosíntesi artificial completa”, explica Galán-Mascarós. “Si ho aconseguim consumiríem un combustible que no generarà nou CO 2, sinó que reciclarà el que ja hi ha a l’atmosfera i, per tant, no es contribuiria al canvi climàtic”, explica l’investigador. “Ara, amb el consum de combustibles fòssils, cada cop que se’n consumeixen es genera nou CO 2 : el que aconseguiríem amb aquest sistema és un cicle tancat, en què no se’n generaria de nou”, afegeix. Els combustibles que es generessin reciclant CO 2, en consumir-se, tampoc emetrien altres contaminants que es generen amb la crema de combustibles fòssils, com ara els metalls pesants, el sofre o els òxids de nitrogen.

L’any passat, les concentracions de CO2 a l’atmosfera van superar tots els registres històrics. Les concentracions d’aquest gas, principal responsable de l’escalfament global del planeta, van superar les 400 parts per milió (ppm) a tot el planeta, segons dades de l’Organització Meteorològica Mundial (OMM). Hi ha influït el fenomen del Niño. La sequera va fer que disminuís la capacitat de les selves tropicals d’absorbir aquest gas. Aquests embornals capturen actualment la meitat de les emissions.

D’altra banda, és cert que malgrat els acords internacionals les emissions no han fet més que créixer. Amb els primers anys de desacceleració econòmica, des del 2007 fins al 2013, a Espanya (i també a Catalunya) hi va haver una reducció de les emissions. Amb l’inici de la recuperació de l’activitat productiva, l’any 2015 les emissions van augmentar un 5% a Espanya, un 4% a Catalunya, segons dades d’un estudi de la Fundació Empresa i Clima. Alguns experts apunten que les polítiques del govern espanyol contra les energies renovables, que afavoreixen el consum de combustibles fòssils, també hi han contribuït.

Un primer prototip

El prototip europeu en què estan treballant a Tarragona no s’assembla a una fulla, tot i el seu nom (A-Leaf). De moment es treballa a escala petita. És una caixa negra, un color que permet captar més llum. Compta amb una cel·la fotovoltaica de silici que, en comptes de generar directament energia elèctrica, el que fa és absorbir la llum com ho faria la fulla amb els seus cloroplasts, i genera potencials elèctrics positius i negatius.

Aquests electrons excitats els utilitza un catalitzador preparat per oxidar aigua, és a dir, H2 O. En aquest procés el que s’aconsegueix és separar els dos components de l’aigua, l’oxigen i l’hidrogen.

Del següent pas se n’encarregaria un altre catalitzador capaç d’unir aquest hidrogen amb el CO 2 que s’hagi capturat de l’atmosfera. Les plantes utilitzen l’hidrogen de l’aigua en reaccions que transformen el diòxid de carboni de l’aire en molècules complexes, com ara els sucres que requereixen per viure.

En la fotosíntesi artificial, el catalitzador barrejaria l’H i el CO 2. Segons les característiques d’aquesta maquinària, es podrien generar diferents reaccions que podrien donar com a resultat diferents opcions: CH 4 (metà), CH 3 OH (metanol) o HCO 2 H (àcid fòrmic). “Durant aquest procés també es poden anar afegint molècules, sigui d’una en una, o de dos en dos”, explica Galán-Mascarós.

Un dels grans reptes del projecte perquè sigui viable és aconseguir que la tecnologia i el procés siguin realment rendibles. “Es tracta d’utilitzar materials barats i abundants, com ara silici, carboni, níquel, coure...”, explica Galán-Mascarós. De fet, en aquest sentit no imitaria la fotosíntesi natural, la que fan les plantes, que és molt poc eficient, ja que durant el procés la planta obté molt poca energia, ni més ni menys que la que necessita per viure. El dispositiu en què s’està treballant, però, s’espera que pugui arribar a produir a gran escala. Es podria instal·lar en una estació de servei, com si fos una benzinera, des d’on subministrar hidrogen o altres combustibles per als cotxes, o per a injectar-ho a una xarxa més àmplia que fins i tot podria alimentar les llars o donar resposta a les necessitats de la indústria.

L’any 1972, dos investigadors de la Universitat de Tòquio, Akira Fujishima i Kenichi Honda, van demostrar que amb elèctrodes produïts amb la tecnologia adequada, en el seu cas òxid de titani, es podia descompondre l’aigua i obtenir hidrogen. L’any 1979 es van publicar els primers resultats sobre la conversió del CO 2 en altres productes orgànics. La recerca en fotosíntesi artificial es va estancar fins a l’any 2010, quan des del govern dels Estats Units es va percebre com un camp amb potencial. Des del departament d’energia es va impulsar la creació d’un centre de recerca dedicat a la fotosíntesi artificial, el Centre per a l’Estudi de la Fotosíntesi Artificial (Joint Centre for Artificial Photosynthesis, JCAP).

ROQUES VOLCÀNIQUES PER CAPTURAR CO2

A Islàndia, on hi ha la central geotèrmica més gran del món, un equip internacional d’investigadors ha dissenyat un sistema a través del qual s’injecta diòxid de carboni atmosfèric en roques volcàniques. Han demostrat per primera vegada que així es pot mineralitzar el CO 2 gairebé per complet en qüestió de mesos. L’estudi, publicat a Science, suggereix així que les roques volcàniques de basalt -de les més abundants en l’escorça terrestre- poden emmagatzemar de manera eficaç aquest gas després d’extreure’l de l’atmosfera. Fins ara s’havia intentat injectar CO 2 en roques subterrànies sense èxit.