El dióxido de carbono es una molécula pequeña realmente inoportuna. Es perjudicial respirarlo, acidifica los océanos y la lluvia, y atrapa el calor en la atmósfera, lo que eleva la temperatura global. Además, resulta que está encerrado en una de las formas de combustible más accesibles. Desde hace tiempo sabemos que el dióxido de carbono que producimos al quemar combustibles fósiles contribuye al cambio climático, pero no había ninguna manera práctica de dejar de hacerlo. Por suerte, una nueva investigación del MIT ha identificado una forma de convertir este peligroso producto de desecho en un componente útil de las baterías.
El alto costo de mantener el CO2 fuera de la atmósfera
Esto supone un gran avance respecto a los esfuerzos anteriores por reducir nuestras emisiones de dióxido de carbono. Aunque la mejor manera de reducirlas es, sencillamente, producir o consumir menos energía, a la mayoría de las personas esta opción no les resulta del todo aceptable (ni rentable). En cambio, buena parte de nuestros esfuerzos se ha centrado en capturar el dióxido de carbono antes de que salga de la central eléctrica.
Por lo general, procesos de captura de carbono como este utilizan soluciones que contienen aminas, un derivado del amoníaco, para unirse al dióxido de carbono e impedir que llegue a la atmósfera. Pero el problema es que después hay que separar de nuevo las aminas y el CO2, para poder reutilizar las aminas y almacenar el CO2 de forma segura. Por desgracia, hacerlo consume alrededor del 30 % de la energía que produce una central eléctrica. Aunque el proceso se vuelva más eficiente, seguirá suponiendo una pérdida de energía y no aportará ningún beneficio, salvo un planeta más saludable.
Un artículo reciente publicado en Joule por Betar Gallant y su equipo de investigación propone una alternativa más atractiva: en lugar de secuestrar el CO2 a gran profundidad bajo tierra, ¿por qué no aprovecharlo para producir más energía de forma limpia?
Cómo construir una batería mejor
Los sistemas de baterías están compuestos por tres componentes principales: un cátodo, que aporta electrones; un ánodo, que recibe electrones; y un electrolito, una sustancia que conduce la electricidad entre el ánodo y el cátodo. A los investigadores ya se les había ocurrido la ingeniosa idea de usar CO2 como componente del electrolito, pero siempre se encontraban con un obstáculo. El CO2 es poco reactivo y requiere voltajes altos para conducir la electricidad, lo que resulta demasiado ineficiente para usarlo en una batería. Otros estudios han incorporado catalizadores metálicos a electrolitos basados en CO2 para aumentar su reactividad, pero esos metales son caros y las reacciones son difíciles de controlar.
Aquí es donde entra en juego la innovación de Gallant y su equipo. Usaron el mismo método de los procesos de captura de carbono para crear un electrolito basado en CO2 y un sistema de batería asociado que alcanzaba un voltaje comparable al de las baterías modernas de litio-gas. En esencia, combinaron gas CO2 con una solución a base de aminas y lo transformaron en líquido.
En este sistema, el ánodo estaba hecho de litio y el cátodo, de carbono. Cuando el electrolito basado en CO2 reaccionaba con el cátodo de carbono, las aminas se separaban del CO2 y se acumulaban en el cátodo compuestos derivados del CO2. Dicho de forma sencilla, el sistema de batería consumía CO2 para generar electricidad y producía aminas recicladas que podían volver a cargarse con CO2.
En teoría, este sistema podría instalarse en centrales eléctricas y alimentarse continuamente con el gas CO2 que, de otro modo, se emitiría a la atmósfera. Al igual que en los procesos tradicionales de captura de carbono, una solución de aminas se uniría al gas CO2, pero luego podría introducirse en este sistema de batería para funcionar como electrolito. A medida que se produce la reacción electroquímica, se acumulan en el cátodo compuestos derivados del CO2 y la solución de aminas puede capturar nuevo gas CO2, repitiendo el proceso.
Esto evita tanto el costoso proceso de separar las aminas y el CO2 en los procesos habituales de captura de carbono como produce una batería de CO2 más sostenible y práctica que las anteriores.
¿Qué sigue?
Aunque esto resulta muy emocionante, es importante recordar que se trata de una prueba de concepto. En teoría, un sistema así podría instalarse en una central eléctrica. Sin embargo, el sistema construido por los investigadores tenía una capacidad limitada de carga y descarga. Empezó a fallar después de unos 10 ciclos de carga y descarga. En cambio, se supone que la mayoría de las baterías de iones de litio —las que se usan en los teléfonos inteligentes— duran alrededor de 500 ciclos.
Los investigadores dijeron a MIT News que faltan años para que las «baterías de litio y dióxido de carbono» se utilicen en centrales eléctricas y otras instalaciones que producen CO2. «Entre los desafíos futuros estarán desarrollar sistemas con una mayor renovación de aminas para acercarse a un funcionamiento casi continuo o a una vida útil prolongada, y aumentar la capacidad alcanzable con potencias más altas», dijeron los investigadores.
Aún queda trabajo por hacer para hacer realidad este tipo de batería, pero Gallant y su equipo han aportado una idea fundamental que exigió un pensamiento creativo e interdisciplinario. Esta batería de prueba de concepto es la primera en aplicar aminas capturadoras de carbono a un sistema de batería y, si futuras investigaciones logran avances similares, pronto tendremos baterías alimentadas por gases de efecto invernadero.
