Diálogo online de ciencia en español «Una nueva economía a escala molecular»

Resumen:

El 28 de septiembre de 2022, la Fundación Rafael del Pino organizó la conferencia de Javier García, presidente de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, titulada “Cómo construir una nueva economía a escala molecular”, dentro de la serie “Diálogos de ciencia en Español”.

En los últimos años, todos los niveles de gobierno, desde la Unión Europea hasta los ayuntamientos, y las empresas, están poniendo el foco en la economía circular, las energías renovables. Estaba tan presente en la agenda política, que parecía que Europa era líder en energías renovables. Pero la guerra de Ucrania ha puesto de manifiesto lo dependientes que somos tan solo del gas natural, que ni siquiera es la principal fuente de energía, y no de cualquier gas, sino gas de Rusia. Una interrupción del suministro de gas ruso ha disparado los precios en Europa y ha puesto de manifiesto la dependencia de los combustibles fósiles, a pesar de las declaraciones y triunfalismos de los últimos años.

La guerra de Ucrania ha hecho que se dispare el precio del gas natural y, a partir de él, el de la energía, y que se dispare la inflación a niveles de dos dígitos en España y del 9% de media en la Unión Europea, que está alimentada por los altos precios de la energía. Es un problema que nos atañe a todos desde el punto de vista de la economía y en cuanto al cambio climático, que es una apuesta necesaria para tener un planeta habitable.

¿Por qué no hay más energías renovables en España y en Europa? En los últimos años, hemos avanzado muchísimo, pero hay algunos problemas técnicos a tener en cuenta. La producción de energía solar, cuyo pico se alcanza durante las horas centrales del día, no se ajusta a las necesidades del mercado, que tiene los picos de consumo en las primeras y las últimas horas del día, mientras que durante el día está en fase valle. Pero, en el centro del día, cuando la demanda es más baja, hay una oportunidad excelente porque hay unas energías renovables baratas y accesibles que, de hecho, no podemos utilizar bien.

Una de las opciones es que España se convierta en la fábrica de electrones verdes de Europa, que aumentemos la capacidad de las renovables y vendamos la energía sobrante a Europa. Eso es positivo y es una oportunidad para España. Pero vender electrones verdes a Europa es una propuesta pobre, en el sentido de que estamos vendiendo la materia prima, es decir, la energía al principio de la cadena de valor. Sería mucho más útil utilizar el excedente de energías renovables para electrificar nuestra economía. Esto va asociado a baterías, lo que representa un reto tecnológico importante. Lo que se puede hacer ya, y hay empresas que lo están haciendo, es utilizar los excedentes para producir moléculas de alto valor añadido, por ejemplo, el hidrógeno verde, que puede ser materia prima para el transporte, para la industria química y para la metalurgia, para producir acero con hidrógeno en vez de con carbono.

España es un país que tiene un enorme potencial desde el punto de vista de la energía solar, tanto la fotovoltaica como la termo solar. Uno de los avances que hemos desarrollado en el laboratorio de nanotecnología molecular de la Universidad de Alicante, en colaboración con la Universidad de la Rioja, fue la nueva generación de celdas solares de baja temperatura, que no requieren sinterización que, aunque todavía no es tan eficiente como otras energías, es una energía emergente que tiene muchas ventajas desde el punto de vista de las energías renovables y la sostenibilidad.

Quiero destacar en esta conferencia tecnologías que parecen magia, como una hoja artificial en la que dos electrodos son capaces de romper la molécula de agua sin electricidad. En esa hoja no hay cables, ni una pila. Lo que hay es una lámina de metal que tiene, por un lado, un catalizador de níquel, cobalto, molibdeno y zinc y, por otro, uno de cobalto que, directamente con luz solar es capaz de romper la molécula de agua y generar hidrógeno y oxígeno. Esto es una de las tendencias en la generación de hidrógeno, que no requiere de la fotovoltaica, sino que, directamente con fotocatalizadores, es capaz de descomponer el agua en sus componentes.

El avance más transcendente desde el punto de vista de la utilización de la luz para generar combustibles es un artículo que apareció publicado en Nature hace muy poco, titulado en castellano “Combustibles a partir de luz y aire”. Es lo que los investigadores del ETH de Zurich han conseguido. Con concentradores solares capturan directamente el CO2 y el agua de la atmósfera y convertirlos directamente en diésel para viaje, en queroseno. Esto lo están haciendo a escala pre piloto, la han escalado. De hecho, en el INEA Energía de Madrid, a escala preindustrial, están transformando directamente el CO2 y el agua con luz solar en combustibles para la aviación. En un fotoreactor calientan, por encima de mil grados, un óxido de cerio, que pierde oxígeno a temperaturas muy elevadas. Al enfriar la temperatura, el óxido quiere recuperar el oxígeno que ha perdido y se lo roba al agua para dar hidrógeno y al CO2 para dar monóxido de carbono. Esa mezcla monóxido de carbono hidrógeno es muy especial, es lo que se conoce en química como gas de síntesis porque con unos catalizadores Fischer-Tropsch, que conocemos desde la Segunda Guerra Mundial, somos capaces de transformar estos gases tan sencillos en combustible. En esta planta en Madrid no se conforman con este escalado, sino que han constituido una empresa, Synhelio, para comercializar esta tecnología, para que seamos capaces de llenar los tanques de los aviones con el mismo combustible que utilizan hoy, pero producido a partir de aire y luz solar, la fotosíntesis artificial. Esto es un ejemplo de la circularidad de nuestra economía.

Pero seamos realistas. Cuando uno mira la industria de la transformación, entendida de una forma muy general, se parece mucho más a un proceso lineal con unos números grandísimos. Todos los años consumimos 1.400 millones de toneladas de derivados del petróleo, más de 500 millones de toneladas de reactivo, más de 250 millones de toneladas de agua para esta gran transformación. Además, no lo hacemos de forma muy eficaz. Solo el 31% de todo lo que extraemos de la Tierra se transforma en productos útiles y solo el 8% de ellos lo reutilizamos. En realidad, nuestra economía de hoy es fundamentalmente lineal y poco eficiente.

¿Qué oportunidades tenemos para reinventar la industria de la transformación en una industria de la recuperación? Eso requiere un cambio profundo en la manera en que diseñamos moléculas y proceso para que su recuperación y reutilización sea mucho más fácil. Imaginemos que la naturaleza no hubiera reciclado todos los árboles muertos. Eso no sería sostenible. Con es idea, hay dos avances en los últimos años para uno de los grandes problemas que tenemos, el de los plásticos. Los plásticos son muy difíciles de reciclar porque no hay nada en su estructura que ayude a esa transformación. Pero se ha descubierto una nueva familia de plásticos, que contiene enlaces dinámicos, de manera que, con un simple tratamiento de ácido sulfúrico, las moléculas que forma parte del polímero del plástico se separan para que podamos recuperarlas y reutilizarlas indefinidamente. No son plásticos biodegradables, son plásticos reutilizables porque a la hora de diseñarlos se tuvo en cuenta que queríamos reutilizarlos y se pusieron esos enlaces dinámicos.

Todavía más llamativo es el caso de plásticos como los de las carcasas de los móviles, que son tan difíciles de reciclar. Los investigadores incluyeron en su estructura unos puntos de ruptura que, con un tratamiento con alcohol muy sencillo, se desarman, permiten la recuperación de los monómeros y así podemos hacer plásticos de vida infinita. Esos dos ejemplos son paradigmáticos de esta nueva forma de entender la química, en la que la recuperación y reutilización están al principio del diseño, nos hacen más fácil la vida, a diferencia de lo que sucede hoy en día.

Los catalizadores que utilizamos hoy en día tienen poros en los que entran las moléculas y se transforman en todo tipo de productos. Pero las moléculas muy grandes no entran dentro de estos catalizadores y no pueden convertirse y transformarse. Por tanto, los rendimientos de estas moléculas son bajos. Pero hemos descubierto una nueva tecnología que ensancha los poros y permite que cualquier molécula, por grande que sea, viaje por el interior de los catalizadores, se transforme y aumente de forma muy significativa el rendimiento del proceso. Desde 2012, los catalizadores nanoestructurados de la empresa de Javier García, que es quien ha desarrollado esa tecnología, se utilizan en refinerías de todo el mundo. Las refinerías producen una gran cantidad de CO2 porque los catalizadores se desactivan, se forma coque que hay que quemarlo para eliminarlo. En esa combustión se genera una enorme cantidad de CO2. Con el uso de los catalizadores nanoestructurados, esto se reduce entre un 5% y un 10%. Si todas las refinerías del mundo los utilizaran, supondría un ahorro de 2,5 millones de toneladas al año.

Se puede llevar a cabo una carrera investigadora y emprendedora. El haber sido emprendedor me ha convertido en un mejor científico y en un mejor profesor.

Hoy en día tenemos ciencia que parece ciencia ficción, como algunos de los avances anteriores, pero también enormes necesidades. La brecha que existe entre lo que es posible y lo que necesitamos no se reduce, sino que va creciendo. El emprendedor, la emprendedora científica, la persona que quiera acercar ese descubrimiento científico al mercado va a ser el gran transformador del siglo XXI, no solo porque va a hacer los descubrimientos que tanto necesitamos, sino que también nos los va a acercar a todos. Va a hacer que ese tiempo que transcurre entre el descubrimiento y la aplicación sea mucho más corto.

La Fundación Rafael del Pino no se hace responsable de los comentarios, opiniones o manifestaciones realizados por las personas que participan en sus actividades y que son expresadas como resultado de su derecho inalienable a la libertad de expresión y bajo su entera responsabilidad. Los contenidos incluidos en el resumen de esta conferencia son resultado de los debates mantenidos en el encuentro realizado al efecto en la Fundación y son responsabilidad de sus autores.

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