Diversos centros de investigación de todo el mundo, incluido Brasil, están explorando nuevas tecnologías capaces de convertir el dióxido de carbono (CO2) en un combustible sostenible, principalmente el combustible de aviación sostenible (SAF, por sus siglas en inglés). Ese combustible, llamado Power-to-Liquids (PtL) es un hidrocarburo líquido elaborado a partir de energía eléctrica, agua y CO2, que puede extraerse de la atmósfera, o recolectarse en chimeneas o en actividades industriales y de producción y refinado del petróleo. El dióxido de carbono es transformado en monóxido de carbono, que reacciona con el hidrógeno sostenible en reactores del tipo Fischer-Tropsch (FT) capaces de convertir los gases en combustibles.
Para que este proceso sea ambientalmente sostenible, el hidrógeno debe procesarse en electrolizadores alimentados con energía renovable, procedente, por ejemplo, de la generación eólica o solar. Es lo que se denomina hidrógeno verde, un combustible con un alto poder calorífico, casi tres veces superior al gasoil, pero que aún no se produce a gran escala (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 314).
– El desafío del sector aéreo para anular su huella de carbono
Las dos primeras centrales piloto de PtL SAF comenzaron a producir en 2021. La pionera, gestionada por la empresa Solarbelt Atmosfair, en Alemania, cuenta con una capacidad de producción de alrededor de una tonelada diaria de combustible de aviación sintético. La segunda planta piloto ha sido instalada en Montreal, Canadá, por el consorcio SAF+, que agrupa a 10 instituciones miembros, entre ellas la fábrica de aviones Airbus. Según informa el grupo empresario, el proyecto comercial tiene previsto llegar en 2025 a una producción diaria de 30 millones de litros de combustible de aviación sintético con una huella de carbono reducida en un 80 % en comparación con el combustible fósil.
La producción de combustible PtL es viable en distintos tipos de sistemas productivos. El más prometedor es el que utiliza los reactores Fischer-Tropsch. Este proceso fue creado en Alemania en 1923 por los químicos Franz Fischer y Hans Tropsch para convertir el carbón en combustible sintético. Hoy en día, los reactores del tipo FT son de gran tamaño, capaces de procesar millones de litros por año.
Uno de los desafíos que han emprendido los centros de investigación de todo el mundo consiste en hacer factible la producción de combustible PtL en reactores FT de menor porte, de cientos de miles de litros anuales, lo que permitiría descentralizar la producción para realizarla en lugares cercanos a los aeropuertos. De este modo, se podrían reducir los costos y también las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la logística de transporte del combustible.
“El desarrollo del PtL SAF en unidades descentralizadas ha llegado a su ‘valle de la muerte’, dice la ingeniera ambiental Tina Maria Ziegler, directora del proyecto ProQR – Promoción de Combustibles Alternativos sin Impacto Climático, en alusión a la brecha existente entre la investigación y la comercialización. “Debe demostrarse que es posible superar la fase de prueba tecnológica que proporciona la investigación aplicada para pasar a la etapa comercial. Vamos a necesitar varias unidades de demostración fuera de los laboratorios que produzcan continuamente más de 500 litros de SAF por día”. El proyecto se lleva a cabo en el marco de una colaboración entre la Cooperación Alemana para el Desarrollo Sostenible, a través de la agencia alemana Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (Giz), y el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Brasil (MCTI).
Actualmente, el ProQR apoya en Brasil la ejecución de tres proyectos de PtL SAF a escala de laboratorio. El más avanzado es el resultado de un convenio entre la Giz y el Instituto Senai de Innovación en Energías Renovables, financiado por el Servicio Nacional de Aprendizaje Industrial (Senai) en Natal (Rio Grande do Norte).
Una tecnología brasileña
Otra iniciativa existente en el país tiene como asociados a la petrolera sinoespañola Repsol Sinopec Brasil, la empresa local Hytron, que se especializa en el desarrollo de tecnologías del hidrógeno, perteneciente al grupo empresario alemán NEA, el Instituto Senai de Innovación en Biosintéticos y Fibras, en Río de Janeiro, y el Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP).
El proyecto, que ha recibido el nombre de CO2Chem, cuenta con el apoyo del Centro de Investigaciones para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), uno de los Centros de Investigaciones en Ingeniería financiados por la FAPESP, y del instituto de investigación alemán Fraunhofer. Su objetivo es llegar a producir combustibles sostenibles con CO2 de origen diverso, como el recuperado de las actividades de exploración y producción en alta mar (offshore). Este año será puesta en marcha una planta piloto.
Según la ingeniera química Rita Maria de Brito Alves, coordinadora de la iniciativa en el marco del RCGI, el equipo de la Poli-USP estará a cargo, entre otras tareas, de las actividades de investigación, el desarrollo de nuevos catalizadores, las sustancias químicas que se utilizarán en la reacción de desplazamiento inverso de gas de agua. Esta reacción se produce en la etapa previa a la síntesis FT, cuando el CO2 reacciona con el hidrógeno para producir monóxido de carbono, generando el gas que pasará al reactor FT.
“No existe ningún catalizador comercial para esta reacción. Buscamos catalizadores activos, estables y eficientes que permitan una reacción a temperaturas más bajas que las habituales, entre 700 y 800 grados Celsius”, dice Alves. Los catalizadores se están desarrollando en la USP.
La Poli-USP también es la representante brasileña en el proyecto 4AirCraft – Tecnología de Reciclado del Carbono del Aire para la Obtención de Combustible de Aviación, que congrega a otras seis instituciones de investigación de Europa y de Japón. Este trabajo es financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.
La meta es el desarrollo de SAF a partir de la conversión directa del CO2 en combustible en un proceso multicatalítico integral. La obtención tradicional de combustibles a partir del CO2, según explica Alves, comprende varias etapas secuenciales en distintos reactores. La propuesta del proyecto apunta a que estas reacciones tengan lugar en un único reactor en cascada, como resultado de la acción secuencial de diversos catalizadores con características específicas. El reactor en cascada y los catalizadores son el objetivo del trabajo iniciado en 2021 que demandará tres años.
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