El dióxido de carbono (CO2) es el principal entre los gases que provocan el efecto invernadero (GEI), un fenómeno asociado al calentamiento global y a los cambios climáticos. En los últimos años, científicos han demostrado que el CO2 puede capturarse en los procesos industriales o directamente de la atmósfera para utilizárselo como insumo en la elaboración de combustibles renovables. En el mundo, las soluciones tecnológicas capaces de llevar a cabo este proceso ya atraviesan la etapa de transición de los laboratorios de investigación a la producción a escala industrial. En Brasil existen dos proyectos con potencial para posicionar al país entre los poseedores de tecnologías capaces de utilizar el dióxido de carbono como insumo con miras a propulsar distintos tipos de vehículos.
Una de estas iniciativas fue concebida en el Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), en el ámbito del Centro de Investigaciones para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI, por sus siglas en inglés), una colaboración entre la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP) y la compañía energética anglo-neerlandesa Shell. Su objetivo es producir una variante sostenible del metanol (CH3OH), conocida como e-metanol utilizando en el proceso energía renovable y CO2 capturado en las centrales productoras de etanol. La meta es emplear este combustible para la propulsión de barcos, una apuesta del sector naviero para la transición energética.
El otro proyecto, de la empresa energética chino-española Repsol Sinopec Brasil, se está llevando a cabo en una colaboración cuatripartita con Hytron, una startup brasileña incorporada en 2020 al grupo alemán Neuman & Esser, el Centro de Tecnología de la Industria Química y Textil del Servicio Nacional de Aprendizaje Industrial (Senai-CETIQT) y la Universidad de São Paulo (USP). La tecnología en desarrollo cuenta con el apoyo de los laboratorios del RCGI y su apuesta apunta a producir gasolina y gasoil sostenibles para propulsar vehículos automotores, aéreos y marítimos, reutilizando CO2.
European EnergyLa central de European Energy, en Dinamarca, pionera en la producción de e-metanol en el mundoEuropean Energy
“Pretendemos ofrecerles una alternativa tecnológica nacional a los inversores interesados en producir metanol verde en Brasil”, dice el ingeniero químico Pedro Vidinha, del IQ-USP y cofundador de Carbonic, una startup creada en 2022 para imprimirle viabilidad comercial al proyecto. El proceso desarrollado por el equipo de la USP se concibió para capturar el CO2 procedente de la fermentación de la caña de azúcar en las centrales de etanol, pero también puede utilizar como insumo otras fuentes de dióxido de carbono. Según Vidinha, las centrales de azúcar y alcohol congregan en un mismo lugar tres recursos que, en conjunto, las vuelven competitivas para la producción de e-metanol.
Uno de ellos es la alta disponibilidad de CO2 con un alto grado de pureza, superior al 90 %, generado durante el proceso de fermentación de la caña de azúcar. Según el investigador, Brasil produce alrededor de 37.000 millones de litros de etanol al año y el proceso productivo emite 28 millones de toneladas (t) de CO2. “Esta cantidad de gas es suficiente como para abastecer más de la tercera parte de la producción mundial actual de metanol: unas 98 millones de toneladas anuales”, compara Vidinha. El peso es la unidad de medida comercial del metanol.
La quema del bagazo de la caña de azúcar, una práctica habitual en la mayoría de las centrales azucareras, suministra los otros dos recursos. El primero es la energía eléctrica que se obtiene a partir de la combustión de la biomasa. Como los insumos del e-metanol son el CO2 y el hidrógeno (H2), los investigadores están considerando utilizar la electricidad generada para instalar una planta de producción de H2 abastecida con energía generada a partir de fuentes renovables, obteniéndose H2 mediante un proceso de electrólisis del agua, consistente en la ruptura de sus moléculas (H2O) para obtener el hidrógeno (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 333).
El otro recurso procedente de la quema del bagazo es el vapor, que podrá utilizarse como gas de proceso y para calentar el reactor químico donde se mezclarán las moléculas de H2 y CO2 para producir e-metanol (véase la infografía abajo). En este proceso, el reactor trabajará a temperaturas que oscilarán entre 200 y 250 grados Celsius (ºC).
Planta piloto
La captura de CO2 en el marco del proceso de fermentación de la caña de azúcar posee una ruta tecnológica consolidada y que ya es bastante empleada en la industria del etanol, que revende el gas recuperado a los fabricantes de alimentos y bebidas. La tecnología de producción del hidrógeno sostenible también se encuentra disponible.
El método comercial predominante para la producción del metanol convencional emplea como insumo el gas de síntesis y no suele utilizar fuentes de energía sostenibles. El gas de síntesis se obtiene a partir de la gasificación mediante la combustión de materiales de origen fósil, tales como carbón mineral o gas natural, mezclados con hidrógeno y monóxido de carbono. A continuación, el gas es sometido a una reacción catalítica, es decir, una reacción acelerada por un catalizador, una sustancia que estimula la reacción entre reactivos químicos sin ser consumida durante el proceso. El estándar empleado en la industria del metanol es un catalizador metálico obtenido a partir de cobre, zinc y aluminio, conocido como CZA.
En el proyecto del IQ-USP, el gas de síntesis de origen fósil se sustituye por CO2. El proceso emplea una reacción de hidrogenación, en la que el hidrógeno convierte directamente el CO2 en metanol mediante una reacción catalítica. El principal reto tecnológico del equipo paulista consistió en crear un catalizador eficiente para realizar esta conversión. La solución llegó con el trabajo realizado por la química Maitê Lippel Gothe durante su doctorado bajo la dirección de Vidinha, cuyo resultado fue el desarrollo de un catalizador basado en dos componentes: óxido de titanio y de renio. El nuevo catalizador fue patentado en Brasil y generó un artículo publicado en la revista Journal of CO2 Utilization en 2020.
En pruebas de laboratorio con el reactor a 200 ºC, informa Vidinha, el nuevo catalizador consigue convertir alrededor de un 18 % del CO2 en productos tales como metanol, metano y monóxido de carbono, presentando una selectividad del 98 % para el metanol, es decir, el metano representa el 98 % del producto final. Sin embargo, en las pruebas de laboratorio se utiliza el catalizador en polvo, que es inadecuado para la producción a escala industrial, ya que el polvo tapona el reactor. Ahora se está trabajando para modificar el catalizador, que adoptará la forma de pélets, pequeños gránulos cilíndricos de unos pocos milímetros de diámetro.
Para principios de 2026 se proyecta construir una planta piloto de producción de metanol en la Ciudad Universitaria de la USP, en la capital paulista. La unidad experimental pondrá a prueba el catalizador con formato de pélets, si es que su desarrollo llega a buen puerto. La meta es generar hasta 3 litros de metanol por día. “El paso siguiente consistirá en construir una planta de demostración industrial en una destilería de etanol, para lo que ya existen interesados”, dice Vidinha. Los investigadores estiman que en una unidad de producción a escala industrial podrían obtenerse al menos 100.000 t de metanol al año. Se están llevando a cabo estudios de factibilidad técnica y económica. Para que el metanol sea sostenible, es decir, que se lo pueda clasificar como e-metanol, se necesita que la energía utilizada en el proceso de producción provenga de fuentes renovables, tales como la energía eólica, la energía solar o la producida a partir de la combustión de biomasa.
MaerskEl portacontenedores Laura Maersk, que utiliza este combustibleMaersk
Diversos grupos de investigación de todo el mundo se dedican a la fabricación de catalizadores adecuados para la hidrogenación catalítica del CO2 con miras a producir combustibles sostenibles, como el e-metanol o metanol verde. Éste es uno de los principales retos del proceso. La ingeniera química Liane Marcia Rossi, del IQ-USP, directora del RCGI, participante en el proyecto y cofundadora de Carbonic, formó parte de un grupo internacional que también congregó a investigadores de la University College de Londres (Inglaterra), y de las universidades de Lorena (Francia), Leiden (Países Bajos) y Bolonia (Italia), para la elaboración de un artículo que presentó un panorama global de los estudios en esta área. El trabajo, que también planteó los desafíos por superarse, salió publicado en la revista Science en febrero de este año. Los científicos sostienen que la “hidrogenación con CO2 ofrece una solución de combustible limpio [e-combustibles], para sectores de difícil electrificación, como la aviación y el transporte marítimo”.
Gasolina y gasoil renovables
Repsol Sinopec Brasil denomina CO2CHEM a su proyecto de gasolina y gasoil renovables a partir de CO2 e hidrógeno que, a tal fin, en el cual invierte 20 millones de reales. En el pasado mes de marzo se puso en marcha una planta piloto de la firma Hytron, con sede en Campinas [São Paulo], que actualmente se encuentra en fase de operación asistida. Está previsto que esta unidad podría producir hasta 20 litros de combustible renovable por día, con un consumo de hasta 1 t de CO2. Según la ingeniera civil Cassiane Nunes, gerente de la cartera de investigación de Repsol Sinopec, el CO2CHEM utiliza dióxido de carbono y agua como materias primas para la producción de combustibles renovables.
“El CO2 utilizado puede proceder de cualquier fuente. A partir de la electrólisis del agua se genera H2 que, al combinarse con el dióxido de carbono, produce combustibles renovables, garantizando un ciclo cerrado de producción y consumo de CO2”, explica la ingeniera. “El sistema puede alimentarse con fuentes de energía renovable, lo que garantiza la sostenibilidad de la cadena”.
La compañía, según Nunes, tiene la intención de utilizar en la planta piloto el CO2 capturado a través de la tecnología Direct Air Capture (DAC), cuya implementación pionera en Brasil se logró a partir de un proyecto elaborado en forma conjunta con el Instituto de Petróleo y Recursos Naturales de la Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul (IPR-PUCRS). La tecnología DAC permite la captura del CO2 directamente del aire, sustrayendo carbono de la atmósfera (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 340).
Hytron, una empresa surgida como spin-off de la Universidad de Campinas en 2003, es responsable del desarrollo tecnológico de la planta de producción de combustibles renovables. “Los próximos pasos incluyen pruebas para validar la eficiencia del combustible producido y su desempeño en diferentes motores, así como estudios sobre el aumento de escala del proceso productivo y su viabilidad económica”, declara Nunes.
Pioneros daneses
Aunque la tecnología para la producción de metanol verde como la que se está desarrollando en el IQ-USP aún requiere mejoras, la producción de este tipo de combustible ya es una realidad comercial desde el mes de mayo, cuando la primera fábrica del mundo, con una capacidad productiva de 42 millones de toneladas de e-metanol al año comenzó a operar en Kassø (Dinamarca). La planta, abastecida por energía renovable, utiliza CO2 capturado en centrales de biogás. La fábrica pertenece a la compañía danesa European Energy y a la japonesa Mitsui, que han invertido en ella 150 millones de euros.
El principal cliente del combustible renovable producido en Kassø es la compañía naviera danesa Maersk, que opera con 12 buques portacontenedores que pueden ser propulsados por combustible fósil o por e-metanol. La multinacional del sector marítimo ya ha contratado otras 20 embarcaciones con motores propulsados por biocombustible. Según fuentes de la empresa, los buques propulsados con metanol verde emiten un 65 % menos de GEI que los que utilizan combustibles fósiles. La compañía ha comunicado su intención de utilizar cada vez más e-metanol en sus buques a medida que este se encuentre disponible en los puertos de todo el mundo.
Repsol Sinopec BrasilPlanta piloto del proyecto CO2CHEM, en Campinas, para la producción de gasolina y gasoil renovablesRepsol Sinopec Brasil
En Brasil ya se anunciaron al menos tres proyectos de producción de e-metanol, además de los ya citados en este reportaje. En 2024, Petrobras dio a conocer un principio de acuerdo con European Energy para la instalación de una planta de producción de e-metanol en Pernambuco. También el año pasado, la petroquímica Braskem firmó un convenio con la Universidad de Columbia Británica, en Canadá, para financiar un proyecto de desarrollo tecnológico para la producción de metanol a partir de CO2. El objetivo de la compañía es fabricar e-metanol para su uso como insumo petroquímico y combustible.
La producción de este reportaje se contactó con las dos empresas, y ambas declararon que los proyectos atraviesan su fase inicial y que no pueden proporcionar más información al respecto. Otra de las iniciativas anunciadas es la de HIF Global, una empresa del grupo chileno de energía renovable AME, que reservó un predio en Porto do Açu, en el municipio fluminense de São João da Barra (Río de Janeiro), para la construcción de una planta de producción de e-metanol. La compañía no ha proporcionado información sobre los detalles del proyecto.
El metanol verde aún no es competitivo. Según Vidinha, este combustible tiene un costo actual de aproximadamente 1.300 dólares por tonelada, un valor que debería reducirse considerablemente cuando su producción gane mayor escala, mientras que el combustible bunker, como suele denominarse al fueloil, el combustible fósil que utilizan los buques, cuesta alrededor de 300 dólares la tonelada.
El sector del transporte marítimo, responsable del 3 % de las emisiones globales de GEI, tiene la meta de reducir a cero sus emisiones netas de estos contaminantes para 2050. Un acuerdo suscrito en abril de este año en la Organización Marítima Internacional (IMO) establece una regulación para la descarbonización y estipula un cronograma de metas de reducción de las emisiones de CO2 que varían según el porte del buque sujetas a una evolución gradual entre 2028 y 2050. El incumplimiento de las metas dará lugar a la aplicación de multas que parten desde 380 dólares por tonelada de combustible fósil por encima de lo permitido y, en 2050, las sanciones podrían superar los 1.000 dólares por tonelada.
Este artículo salió publicado con el título “Cuando el carbono se convierte en combustible” en la edición impresa n° 354 de agosto de 2025.
Proyectos
1. Centro de Investigación e Innovación en Gases de Efecto Invernadero – RCG2I (nº 20/15230-5); Modalidad Centros de Investigaciones en Ingeniería (CPE); Convenio/Acuerdo BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigador responsable Julio Romano Meneghini (USP); Inversión R$ 25.376.639,63.
2. Unidad integrada de producción de hidrógeno partiendo de la reforma autotérmica del etanol (nº 14/50183-7); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Acuerdo de cooperación Finep Pipe/Pappe Subvención; Investigador responsable Daniel Lopes (Hytron); Inversión R$ 618.861,42.
3. Desarrollo e integración de una unidad integrada de reforma de etanol para la producción de hidrógeno (nº 05/50908-2); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable João Carlos Camargo (Hytron); Inversión R$ 614.193,25.
Artículos científicos
GOTHE, M. L. et al. Selective CO2 hydrogenation into methanol in a supercritical flow process. Journal of CO2 Utilization. v. 40, 101195. sep. 2020.
YE, J. et al. Hydrogenation of CO2 for sustainable fuel and chemical production. Science. v. 387, n. 6737. 28 feb. 2025.
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