La búsqueda de opciones para mitigar el progresivo calentamiento del planeta y sus efectos climáticos, que se sienten cada vez con más rigor, llevó a un grupo de investigadores latinoamericanos, liderados por un científico colombiano, a desarrollar un proyecto que los posiciona en uno de los escenarios de discusión científica más importantes del mundo.
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Se trata de un catalizador capaz de transformar metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) —dos de los gases efecto invernadero (GEI) que más contribuyen al calentamiento global— en energía limpia y combustible sostenible. Su aporte para enfrentar uno de los problemas más desafiantes del planeta fue tal que, por invitación, publicaron el estudio en Catalysis Today, una de las revistas científicas más influyentes del mundo en el ámbito de la química.
De la preocupación a alternativa
El proyecto ha recorrido un largo trecho. Fue concebido en 2013 como solución a la emisión de gases de un relleno sanitario en Brasil. “Empezamos a estudiar en microrreactores la reacción atmosférica entre el metano y el dióxido de carbono, simulando las condiciones del biogás, que se producía en el sitio de disposición”, narra el profesor Alberth González Carantón, líder del proyecto y director del laboratorio de catálisis y energía de la Universidad ECCI.
El biogás, que se produce a partir de la descomposición de las basuras, tiene altos niveles de estos dos gases y, al explorar alternativas para que no se liberaran a la atmósfera, llegaron a un catalizador capaz de transformarlos en un insumo aprovechable. A partir de la reacción química que generó ese primer catalizador, obtuvieron un producto que se llama gas de síntesis, un insumo industrial importante para la producción de gasolinas, plásticos y alcoholes, entre otros valiosos compuestos industriales.
“Ahí reconocimos la importancia de lo que habíamos logrado: tomar emisiones y generar un producto nuevo que, básicamente, no contamina y es funcional”, agrega González. Acá vale mencionar que un catalizador es una sustancia que acelera los procesos químicos, en este caso descomponer gases que afectan la calidad del aire. Tras la primera experiencia en Brasil, González retomó el proyecto en 2023 y descubrieron cómo potenciar el uso del catalizador junto a investigadores de la Universidad Federal de São Carlos, la Universidad del Estado de Río de Janeiro y el Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF).
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El salto internacional
“Cuando retomamos, entre pruebas y experimentos, encontramos un nuevo material que permite expandir el potencial de descontaminación. Con el catalizador anterior, la reacción ocurría a 800 °C. Con el nuevo material podemos tener esa misma reacción a 200 °C, lo que nos da la posibilidad de escalar el proyecto a nivel industrial”, señala el líder del estudio.
El desarrollo del proyecto tomó dos años. La primera etapa ocurrió en Colombia, donde investigadores de la ECCI, bajo la tutela de González, diseñaron materiales capaces de resistir altas temperaturas. Luego, en Brasil, hicieron análisis cuánticos y técnicas de caracterización atómica de altísima precisión. Esto permitió descubrir propiedades únicas del material para capturar y transformar gases. “Brasil aportó la tecnología de punta; nosotros, el diseño y el enfoque aplicado”, explica González.
En el proceso usaron tres metodologías: espectroscopía infrarroja in situ (para observar reacciones químicas en tiempo real), modelado predictivo con algoritmos y pruebas en ambientes simulados industriales. La combinación permitió validar que el catalizador era 40 % más eficiente que los existentes. El hallazgo del nuevo material, que funciona con níquel (Ni) y plata (Ag), les mereció una invitación a presentar la investigación en el International Symposium on Catalytic Chemistry, en Lille (Francia). Allí, el editor de Catalysis Today —revista editada por Elsevier, con sede en Países Bajos— los invitó a participar en un número especial, en homenaje al Dr. James Spivey, autoridad mundial en procesos sostenibles.
“Las pruebas arrojaron que el proceso alcanza el 99 % de conversión de gases; es decir, un proceso altamente promisorio, con el no estaríamos generando casi emisiones”. Por otro lado, está la producción de energía mediante la aplicación de un catalizador a las emisiones que libera; por ejemplo, un vehículo de gasolina, a través de un sistema electroquímico, que las captura calientes y produce electricidad suficiente para alimentar al sistema de potencia del motor del carro. Ahora la pregunta es ¿cómo aplicar el descubrimiento en un escenario industrial o urbano?
Salir del laboratorio
Si bien el 99 % de efectividad del catalizador es un buen presagio de las ventajas que tendría el proyecto, lo cierto es que para explotar su potencial se requieren grandes inversiones. “En Bogotá tenemos grandes posibilidades, que pueden escalar a nivel nacional y, a mediano plazo, a nivel internacional. En Doña Juana, por ejemplo, tenemos un lío gigante de contaminación que no hemos podido solucionar y que, además de afectar el medioambiente, genera graves consecuencias para los humanos”.
“En el relleno sanitario, el catalizador se emplearía con un reactor de lecho fijo, que a grandes rasgos es un tubo por donde entran las emisiones. La reacción se produce en el catalizador y así, transformando esas emisiones, logramos producir o el gas de síntesis o energía eléctrica, o insumos químicos, en vez de continuar generando emisiones”, cuenta el profesor.
Ese mismo principio, con los cambios evidentes que exige cada contexto específico, podría aplicarse en industrias siderúrgicas, refinerías o las que dependan de motores de combustión, como el transporte, uno de los sectores que más generan emisiones de GEI.
Ahora, en el caso del transporte, la tendencia global para reducir emisiones gira en torno a la electrificación o el aprovechamiento de emisiones, para producir hidrógeno gaseoso.
“Los vehículos de última generación funcionan con celdas de combustible de hidrógeno. Allí lo que se busca principalmente es evitar producir una combustión y reemplazarla por una electrooxidación; es decir, hidrógeno gaseoso con oxígeno, que produce no una combustión, sino una corriente eléctrica”, explica.
Así las cosas, el proyecto podría emplearse en buses de Transmilenio o en flotas de carga, para poder tener una recirculación de energía constante mediante la reacción química que generan las emisiones. Además el beneficio sería redondo, teniendo en cuenta el porcentaje de captura de metano y CO2 del 99 %.
Lo que viene: patentes, empresas y cooperación
A corto plazo, el equipo está categorizando las mayores fuentes generadoras de metano a escala nacional y latinoamericano para lograr recircular las emisiones y retornarlas con un producto de valor agregado y, por qué no, redefinir el concepto de industria.
“En cuanto a sostenibilidad, además de luchar por encontrar nuevas formas de mitigar la crisis, es indispensable que nos hagamos conscientes y responsables de los residuos que generamos, así se trate de dispositivos modernos en apariencia menos contaminantes. Pongo este ejemplo: los vehículos con baterías de litio. Está demostrado que el proceso de una batería de litio consume más CO2 que si tuvieras un vehículo a gasolina 20 años. Entonces, tienes un vehículo eléctrico que aparentemente no contamina, pero su fabricación contaminó más que manejar un vehículo de gasolina de vieja generación. Entonces, no contaminamos el lugar donde transita el vehículo, pero el sitio donde se fabricó la batería quedó con índices gravísimos de contaminación”, explica González.
En ese sentido, las alianzas con las empresas que fabrican motores son un objetivo que se persigue en el mediano plazo. Por el lado de los rellenos sanitarios, ya están empezando los primeros acercamientos para empezar pilotos. Sin embargo, el éxito también dependerá de la legislación y la permisividad con las emisiones.
El equipo ya tiene en marcha los trámites para patentar esta tecnología en Colombia y Estados Unidos. También esperan cerrar alianzas con empresas del sector energético, para desarrollar prototipos industriales. A futuro, planean replicar este modelo de cooperación con otras universidades de América Latina y ampliar los programas de intercambio con Brasil.
“Esperamos que en unos pocos años el catalizador esté funcionando en ciudades colombianas. Con los convenios que logramos en Brasil, tenemos la posibilidad de expandir fronteras y sumar en los esfuerzos latinoamericanos por un mejor aire. “Nuestra publicación no nació de querer aparecer en una revista, sino de resolver una urgencia climática. Cuando la ciencia se hace con propósito social, los resultados llegan”, concluye.
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