Este catalizador de bajo coste convierte el agua de mar en combustible para barcos y aeronaves

Actualmente se encuenta en fase de desarrollo un sistema que permita obtener hidrocarburos a partir de algo tan simple como el agua de mar, recurso potencialmente infinito a disposición de cualquier barco. Esto permitiría la obtención de combustible sin necesidad de aprovisionamiento en alta mar, algo especialmente interesante en el caso de portaaviones nucleares para suministrar a sus aeronaves embarcadas.

El agua de mar contiene, entre otros compuestos, hidrógeno y oxígeno formando agua pura (H₂O), pero también tiene dióxido de carbono encerrado (CO₂), un 1,8% de concentración en aguas oceánicas por la acción de los seres vivos marinos. El primer paso para obtener hidrocarburos a partir del CO₂ es convertirlo en CO, monóxido de carbono, para lo cual se utiliza la reacción inversa de desplazamiento de gas de agua (RWGS):

CO₂ + H₂ -> CO + H₂O

Esta reacción química es endotérmica, absorbe calor, y el CO se forma más fácilmente a temperaturas elevadas, en torno a los 800 ºC. Para reducir dicha temperatura se usan catalizadores, es decir, acelerantes de la reacción. El problema de los catalizadores suele ser la pérdida de rendimiento según se van degradando, y el coste de sus componentes químicos.

Buscando el catalizador adecuado

La solución a ambos problemas puede venir de un catalizador de carburo de molibdeno (Mo₂C) modificado con potasio (K) y soportado por una superficie de gamma alúmina. Fue descubierto por Marc Porosoff, investigador del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Rochester (EEUU), cuando era un asociado de investigación posdoctorado en otro proyecto.

El uso del potasio reduce la energía necesaria para la reacción RWGS. Por otro lado, la gamma alúmina es como una esponja por sus poros y ranuras, por lo que las partículas del catalizador se dispersan lo suficiente como para aumentar el área disponible que acelera la reacción química. A mayor área disponible, más monóxido de carbono se genera.

Este catalizador, que puede ser sintetizado a partir de componentes económicos, no quedó desactivado en 10 días de producción en condiciones de laboratorio. No solo se realiza la conversión más rápidamente, también de forma más estable. Con el monóxido de carbono se pueden obtener distintos hidrocarburos mediante la síntesis Fischer-Tropsch, cuya fórmula básica es:

CO + 2 H₂ -> -CH_2- + H₂O

En 2020, investigadores del grupo de Porosoff demostraron la viabilidad de este catalizador para la producción masiva de hidrocarburos a partir del agua marina, en colaboración con la Universidad de Pittsburgh y OxEon Energy.

Esto despertó el interés del Departamento de la Oficina de Defensa de Investigación Naval de Estados Unidos, que aportó al proyecto 300.000 dólares para agilizar las investigaciones. El proyecto «Hidrogenación selectiva de CO sobre nanopartículas bimetálicas» llegará a su término en abril de 2023, ya que arrancó oficialmente el 1 de abril de 2021 y durará dos años.

El equipo de Porosoff está ajustando la selectividad de los hidrocarburos durante la hidrogenación (aporte de H₂) mediante distintos catalizadores bimetálicos basados en zeolitas -minerales que contienen aluminio y silicio-. Estas hidrogenan el monóxido de carbono de forma más selectiva, por lo que se pueden crear hidrocarburos más ligeros o más pesados, según sea su propósito. Parte de la investigación será resuelta con simulaciones computerizadas.

¿Significa esto que se podría obtener combustible a partir del agua de mar y el catalizador en cuestión, así de fácil? No, sigue haciendo falta un aporte de energía externo para no violar las leyes de la termodinámica, así que los barcos no podrán generar combustible «de la nada». De ahí su interés en naves de propulsión nuclear, que tienen capacidad de aportar mucha energía -y no necesitan repostar en años-, como es el caso de algunos portaaviones.

No sería la primera vez que una tecnología que es interesante para usos militares acaba teniendo aplicaciones para uso civil más adelante, véase la misma Internet. Haciendo uso de nuestra imaginación, podemos pensar en la producción de combustibles sintéticos de forma masiva con aporte de energías renovables o reactores nucleares. La materia prima es teóricamente inagotable, si hay algo que sobra en este planeta es agua de mar.

Si pensamos a largo plazo, ya que uno de los recursos más apreciados en lo que resta de siglo va a ser el agua potable, resulta más interesante todavía emplear agua marina para la producción de combustibles sintéticos en vez de agua de ríos, acuíferos, embalses, etc. A diferencia del agua de mar, el agua potable no sobra. Ese es el punto débil del planteamiento de la tecnología energía a líquido (power to liquid o PTL), que permite la producción de combustibles sintéticos con agua, dióxido de carbono y energía eléctrica.