Entrevista a Carles Alemán, Marc Arnau y Jordi Sans, investigadores del grupo IMEM-BRT de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC)
Transformar el dióxido de carbono de las emisiones industriales en productos químicos de valor añadido, sin recurrir a metales nobles ni a condiciones extremas de operación, es uno de los grandes retos de la química actual. Investigadores del grupo IMEM-BRT de la Universitat Politècnica de Catalunya han desarrollado un catalizador basado en hidroxiapatita permanentemente polarizada capaz de capturar y transformar CO2 en condiciones suaves, con eficiencias comparables a las de sistemas tradicionales. El proyecto, que ya ha demostrado reducciones significativas de emisiones en entornos reales, avanza ahora hacia su fase preindustrial con una sólida cartera de patentes y el respaldo del tejido empresarial.
¿Cómo surge la idea de utilizar hidroxiapatita como base de un catalizador para capturar y transformar CO₂?
¿Qué significa exactamente que la hidroxiapatita esté “permanentemente polarizada” y por qué es tan relevante?
La hidroxiapatita permanentemente polarizada es un fosfato de calcio cuya estructura se ha modificado mediante un proceso físico denominado termopolarización, de forma estable en el tiempo. Esta modificación confiere al material actividad catalítica frente a moléculas en fase gas, como el CO2, en condiciones relativamente suaves, permitiendo la obtención de moléculas de alto valor añadido, como alcoholes.
La termopolarización induce cambios estructurales como el aumento del tamaño de los cristales, la aparición de vacantes eléctricas que se acumulan en las zonas intergranulares y la coexistencia de otra fase cristalina, la brushita, en la superficie. Todo ello otorga al material propiedades catalíticas únicas.
¿Qué diferencia a este catalizador de los sistemas tradicionales basados en metales nobles?
Los metales nobles y las tierras raras suelen aportar una elevada eficiencia y selectividad, pero su obtención es extremadamente costosa desde el punto de vista económico y energético debido a su escasez. En aplicaciones relacionadas con la transformación del CO2 de emisiones industriales aparece la denominada “paradoja del CO2”: el CO2 emitido durante todo el proceso, incluida la obtención del catalizador, puede superar al CO2 que finalmente se transforma.
Nuestro catalizador se basa en un biocerámico muy abundante y económico, cuyas propiedades se ajustan mediante ingeniería molecular y procesos físicos. De este modo se alcanzan eficiencias y selectividades comparables a las de los sistemas basados en metales nobles, sin necesidad de aporte energético adicional y trabajando en condiciones suaves de temperatura y presión, en torno a 90-120 °C y presión atmosférica.
¿Cómo se consigue transformar una molécula tan estable como el CO₂ en condiciones suaves de presión y temperatura?
El CO2 puede reducirse a alcoholes mediante electroreducción, siempre que se aporte la energía necesaria y se disponga de un catalizador adecuado. En nuestro caso, no es necesario ningún aporte energético adicional más allá del requerido para la adsorción del CO2 en la superficie del catalizador.
Son las propias propiedades eléctricas del material polarizado las que facilitan el proceso de electroreducción, por lo que no se requieren temperaturas ni presiones elevadas ni sistemas externos que impulsen el proceso electroquímico.
¿Qué tipo de productos químicos puede obtenerse actualmente a partir del CO₂ capturado?
Las opciones son muy diversas. Incluyen productos con valor energético, como alcoholes o urea —que puede emplearse como vector de transporte de hidrógeno—, así como productos minerales como el carbonato de calcio, destinado tanto al almacenamiento geológico como a su uso como aditivo en materiales como pinturas o cementos.
En el caso de la hidroxiapatita permanentemente polarizada, hemos logrado ajustar el catalizador para obtener todos estos productos de forma selectiva y controlada.
Carles Alemán, Jordi Sans y Marc Arnau, recibiendo el galardón del 15º Premio UPC de Valorización de la Investigación de la mano de Rubén Bonet, cofundador de Fractus, el rector Francesc Torres y la presidenta del Consejo Social, Montserrat Guàrdia.
¿En qué sectores industriales ven un mayor potencial de aplicación a corto plazo?
En el caso de la incineradora de Mataró, ¿qué supone haber logrado una reducción del 35% de CO2?
Es un resultado muy relevante, especialmente teniendo en cuenta que en este caso solo se estudió la conversión mediante una única etapa. En otros proyectos, orientados a la obtención de productos distintos, hemos conseguido reducciones del 100% a escala piloto mediante la concatenación de tres etapas de proceso.
¿Qué impacto económico puede tener esta tecnología para las empresas que la adopten?
¿En qué punto se encuentra el proceso de transferencia al mercado?
¿Qué protege exactamente el paquete de ocho patentes registrado hasta el momento?
La tecnología se basa en un material abundante en la naturaleza, la hidroxiapatita, presente en los huesos de los seres vivos, como en este de vaca que se ve en primer plano.
¿Qué significa para ustedes haber recibido el Premio UPC de Valorización de la Investigación?
¿Cuáles son los próximos pasos para avanzar hacia una implantación industrial a gran escala?
¿Consideran suficiente la colaboración actual entre universidades y empresas para llevar estas innovaciones al mercado?
En nuestro caso, la colaboración ha sido más que suficiente. El proyecto nació junto a empresas y siempre ha avanzado de su mano. Han participado hasta cuatro grandes compañías, con objetivos distintos, y actualmente dos de ellas han permitido consolidar la escala piloto en sus respectivas aplicaciones.
Los excelentes resultados obtenidos se deben a la confianza mutua, al apoyo económico recibido y a la implicación de las empresas para alinear los objetivos científicos con los procesos industriales.
