De por qué la gasolina a partir de aire sólo la utilizarán los coches deportivos de los ecologuais, por César Tomé

Experiencia docet.

Hace unos días el diario británico The Independent lanzaba una exclusiva de la que se han hecho eco muchos otros medios, entre ellos la BBC, y webs ecologistas que tocan de oído, en la que relataba cómo una empresa británica era capaz de fabricar gasolina a partir del aire. También han aparecido automáticamente los conspiranoicos habituales que afirman que las petroleras no lo permitirán nunca, otros que afirman que se están violando leyes fundamentales de la física y aún otros que afirman que el proceso debería hacerse público para evitar su secuestro por las grandes compañías. Ejemplos de todo ello en los comentarios de esta entrada de NeoTeo.

Estamos ante un nuevo ejemplo de empresa en búsqueda de financiación para un producto ecológico, usando tecnologías conocidas, con mucha publicidad, relaciones públicas y atención de los políticos. Pues bien, de entrada, respondamos así de claro:

1. El proceso fundamental se encuentra en cualquier libro de texto de química
2. Lo que puede aportar novedad es la selección de la tecnología empleada de entre las disponibles 
3. No se viola nada
4. Esto, salvo sorpresa mayúscula, no va a ninguna parte

Pero veamos con algo de detalle el proceso que publica Air Fuel Synthesis en su web:

1. Se introduce aire en una torre donde existe un aerosol de disolución de hidróxido sódico. El dióxido de carbono del aire reacciona con parte del hidróxido sódico para formar carbonato sódico. Esta es una tecnología de captura de dióxido de carbono conocida y más que probada. Stolaroff et al. estimaron en 2008 que el coste de captura de la tonelada de dióxido de carbono, excluyendo la recuperación de la solución y otros costes operativos, era de un mínimo de 53 dólares y podía alcanzar los 127; los costes operativos no incluidos sólo de esta fase son del mismo orden de magnitud. Por tanto, podemos estimar conservadoramente que sólo esta fase cuesta 100 dólares por tonelada de dióxido de carbono capturado.

2. La disolución de hidróxido y carbonato de sodio obtenida en el paso 1 se bombea a una cuba electrolítica en la que se hace pasar una corriente eléctrica. La electricidad provoca la descomposición del carbonato con la liberación de dióxido de carbono. En este paso hay tres consideraciones trascendentes desde el punto de vista industrial. La primera, que se recupere eficientemente la disolución de hidróxido sódico, para ello la limpieza debe ser absoluta y el agua estar libre de iones que puedan precipitar como hidróxidos o carbonatos; segundo, relacionado con la primera consideración, el dióxido de carbono se liberará en forma de gas por lo que la celda debe estar cerrada y con un vacío previo si no queremos contaminaciones del producto; y tercero, esta disolución es muy corrosiva. Estos tres aspectos implican que el mantenimiento y la operación de esta fase son muy complejos, laboriosos y, por tanto, costosos. Es algo que a nivel de laboratorio se puede acometer con cierta facilidad pero que a nivel industrial es una pesadilla. Si añadimos el coste de la electricidad, ya ni te cuento.

3. Opcionalmente se puede instalar un deshumidificador que condense el agua del aire que se pasa por la torre en el paso 1. El agua condensada se pasa a una celda electrolítica donde una molécula muy estable se separa mediante electricidad en sus componentes hidrógeno y oxígeno. El agua se puede obtener de otras fuentes pero debe ser purificada para tener calidad electrolítica. Esta es la fase del proceso más cara energéticamente. Démonos cuenta de que la electrolisis del agua requiere sobrepotenciales para sobrepasar varias barreras de activación, por lo que la necesidad energética es mayor de la que se calcula a partir de la energía de las moléculas de agua. Es un proceso tan caro que es la principal barrera para la obtención de hidrógeno como fuente de energía. Un estudio del Departamento de Energía de los Estados Unidos calculó el objetivo de coste para un kilo de hidrógeno en 2012 en 3,70 dolares; en 2010 era de 5,21.

4. El dióxido de carbono y el hidrógeno se hacen reaccionar para conseguir una mezcla de hidrocarburos, variando las condiciones en función del tipo de combustible que se requiera. Lo que está muy bien y es muy bonito, pero veamos en realidad de qué se trata.

4.1 Convertir la mezcla de dióxido de carbono/hidrógeno en una mezcla de monóxido de carbono/hidrógeno conocida como gas de síntesis. El gas de síntesis es archiconocido por cualquiera que haya estudiado algo de química y mediante el proceso de Fischer-Tropsch, uno de esos que cae seguro en el examen, se obtiene el hidrocarburo líquido que quieras. Esta tecnología se conoce y se usa desde 1925. El problema radica en reducir el estable dióxido de carbono al reactivo monóxido de carbono, que no es algo tan sencillo. Conseguirlo de forma eficiente, igual que mencionábamos antes con el hidrógeno, ya sería un gran logro. Para dar una idea de la importancia y complejidad puede verse este artículo de Technology Review.

4.2 Una alternativa que, al igual que el proceso Fischer-Tropsch, es archiconocida, es hacer reaccionar el gas de síntesis para obtener metanol que se puede usar a su vez para obtener hidrocarburos con la reacción metanol-a-gasolina de Mobil. El problema continúa siendo obtener el monóxido de carbono.

5. Los productos obtenidos no pueden usarse directamente. Deben ser aditivados convenientemente para poder ser usados en los motores actuales.

Sólo con los costes de captura de dióxido de carbono y obtención de hidrógeno, sin nada más (y esa nada es enorme), resulta que el kilo de 2,2,4-trimetilpentano (el estándar de octano de la gasolina) me sale a 7,69 dólares o, lo que es lo mismo, a 5,31 dólares el litro. La compañía lleva invertidos 1,6 millones para obtener 5 litros; pues, mire usted, me lo creo.

Concluyendo:

1. No existe una síntesis directa de gasolina. Se especula con que se pueda conseguir pero hoy día lo realizan por dos rutas establecidas y muy conocidas: conversión a gas de síntesis y proceso Fischer-Tropsch o síntesis de metanol + proceso Mobil.
   
   
2. Los sistemas de obtención de los productos de partida son críticos debido al nivel de pureza necesario para los reactivos. La tecnología elegida ha sido la electrolisis lo que implica procesos discontinuos, altos costes energéticos y altos costes de mantenimiento y limita las fuentes de materias primas usables.
   
   
3. La economía de todo el proceso depende de la obtención de electricidad a costes muy bajos. Además, la obtención económica de los productos intermedios, como hidrógeno o monóxido de carbono, ya sería un hito suficiente.
   
   
4. El uso de cubas electrolíticas, el tratarse de un proceso por lotes y la necesidad de disponer de agua de una pureza alta, dificulta el escalado y, por tanto, la obtención de economías de escala para una producción masiva. El tamaño de planta eficiente no podrá ser muy grande.
   
   
5. No hay novedad científico-técnica. La noticia es que estén intentando hacerlo con tantas papeletas en contra. Lo máximo que pueden aspirar, salvo el hallazgo de algo revolucionario que en estos momentos no existe, es a fabricar gasolina con la etiqueta “ecológica”, signifique ello lo que signifique, a precios exorbitantes. Sólo millonarios esnobs que quieran disfrutar de deportivos con etiqueta ecológica se me ocurren como posibles clientes.
   
   
   
   
   Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVIII Edición del Carnaval de Química que alberga XdCiencia.