El reciclaje de dióxido de carbono a través de la fotocatálisis

Reducir. Seguramente ésta sea la palabra más utilizada en lo que a emisiones de gases de efecto invernadero (principalmente dióxido de carbono) se refiere. No les falta razón a aquellos que se dedican a concienciar y a sensibilizar sobre la problemática ambiental pero, de manera muy habitual, nos olvidamos algo que, para nada, es una nimiedad: ¿Qué hacemos con los gases emitidos?

Resulta utópico, desde cualquier perspectiva medianamente razonable, el objetivo de cero emisiones por lo que convendría pensar en qué hacer con aquello que, inevitablemente, vamos a emitir. Pues resulta que, como casi siempre, la ciencia parece tener la respuesta o, al menos, un principio que nos lleve a ella.

Si pensamos en el dióxido de carbono y en sus sumideros naturales (aquellos lugares o, mejor dicho, sistemas que lo devuelven al ciclo) a todos se nos vienen a la cabeza los océanos (con el problema de acidificación que están experimentando) y en las plantas. Pues bien, puesto que no somos especialmente creativos (aunque lo creamos) siempre nos quedará el plagio. La respuesta está en la fotosíntesis.

No creo que sea el momento de ponernos a explicar qué es exactamente la fotosíntesis y escudriñar cada una de sus fases y sus productos pero, como aprendimos en el colegio, las plantas, por medio de este proceso fotoquímico, utilizan la energía del Sol y agua para transformar el dióxido de carbono en azúcares y otros compuestos (sí, está extremadamente simplificado pero así nos enteramos todos).

Pues bien ¿por qué no hacemos nosotros lo mismo? ¿Por qué no “cogemos” el dióxido de carbono que emitimos, usamos la luz solar y lo transformamos en otra cosa que podamos utilizar? En definitiva ¿por qué no lo reciclamos? Para algunos todo esto sonará a poco menos que brujería o ciencia ficción pero se puede hacer, eso sí con muchas limitaciones, que esto no es la panacea. Todo se reduce (nunca mejor dicho) a la fotocatálisis heterogénea.

La fotocalálisis como método para la reducción de dióxido de carbono

Fotocatálisis es un término usado para describir un proceso en el que la luz se utiliza para activar una sustancia o compuesto (normalmente un semiconductor), al que llamamos fotocatalizador, que acelera la velocidad de una reacción de transformación química. A diferencia de otros procesos, la fotocatálisis heterogénea, en la que el catalizador está en una fase distinta a la de los reactivos, no es selectiva y se puede llevar a cabo en diferentes medios y estados de agregación (gas, líquidos orgánicos y disoluciones acuosas), lo que le da una ventaja frente a otros procedimientos.

Todo funciona más o menos así: Cuando un óxido o un sulfuro de los elementos del grupo 16 (normalmente se utiliza el dióxido de titanio) es bombardeado con fotones cuya energía es igual o superior a la de su banda prohibida (diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la banda inferior de la banda de conducción), estos fotones son absorbidos, creándose pares de electrón-hueco, que se disocian en fotoelectrones libres (e-) en la banda de conducción y fotohuecos (h+), o defectos de carga, en la de valencia (Es complicado de entender pero con las figuras se hace más fácil).

Estos electrones y huecos son los responsables de las reacciones de oxidación-reducción que se dan en la superficie del fotocatalizador y que conducen a la conversión de los contaminantes (como el dióxido de carbono) en otros productos de interés industrial (como el metano o la acetona), es decir, estamos reciclando.

¿Qué productos se obtienen de la reducción fotocatalítica? En condiciones ideales (presión, temperatura, concentración de contaminante y catalizador, condiciones lumínicas, etc.) se alcanzaría la total reducción del dióxido de carbono a metano. Esto no es lo que suele ocurrir y las conversiones que presentan mayores rendimientos son a acetona y a formaldehído. Sin embargo, ambos compuestos son utilizables industrialmente, por lo que el objetivo se habría cumplido.

Quizá en el futuro nos pongamos a detallar toda la estequiometría del proceso pero, en resumen, usando dióxido de titanio se puede utilizar la luz solar para transformar el dióxido de carbono en otros compuestos químicos necesarios para la actividad industrial. Dejamos de emitir (o, más bien, reducimos la emisión) a cambio de generar materias primas.

Obviamente el proceso de reducción fotocatalítica de dióxido de carbono está lejos de ser una realidad extendida pero no deja de ser algo posible si se continúan las tareas de investigación iniciadas y se siguen abriendo otras encaminadas al estudio más efectivo de los procedimientos de captura y almacenamiento de dióxido de carbono, del dopaje (metálico o no metálico) de estas partículas de dióxido de titano o de alternativas al agua como sustancia reductora