Tecnologías para combatir el cambio climático

Casi todas las fuentes consultadas para este artículo comparten una conclusión: con las consecuencias del calentamiento global cada vez más a la vista. Como consecuencia, buena parte de los seres humanos ha vuelto sus ojos a los métodos científicos de investigación capaces de crear vacunas y ayudar a construir un mundo más sostenible y resiliente.

"Primero necesitamos mejoras de eficiencia para los procesos actuales", matiza Javier García Martínez, presidente de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, cuando se le pregunta por innovaciones tecnológicas contra el cambio climático. Este catedrático de química inorgánica destaca el uso de catalizadores para reducir las emisiones de los grandes generadores de CO2. En concreto, "los catalizadores nanoestructurados. que reducen notablemente las emisiones de CO2 en las refinerías".

Es solo un ejemplo. Prácticamente todas las industrias han mejorado su comportamiento medioambiental, aunque aún quede mucho por hacer en este sentido. Las nuevas generaciones de instalaciones solares y eólicas forman parte cotidiana del paisaje en cada vez más países. Estas han mejorado notablemente respecto a sus antecesoras en eficiencia y potencia.

"Un vehículo de motor de combustión de 1950 contaminaba 10 veces más que uno actual", recuerda Juan Antonio Labat, director general de la Federación Empresarial de la Industria Química Española (FEIQUE). Labat organiza eventos como Smart Chemistry Smart Future para presentar las últimas innovaciones en el avance hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Energías renovables más optimizadas

"Necesitamos fuentes de energías renovables más eficientes", enfatizaba James Temple, editor senior de energía de la ‘MIT Technology Review’, en un artículo sobre 'Las ideas más prometedores contra el cambio climático', por ejemplo las posibilidades de la fotosíntesis artificial: "Se trata de imitar el proceso natural de las plantas en una instalación química, que producirá, en lugar de alimento, energía (en forma de combustible), y en lugar de oxígeno, polímeros para utilizarlos como materia prima". Labat prevé que esta tecnología esté disponible en 2030.

Aún falta más para la termofotovoltaica, que, según el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), superará la eficiencia de la energía fotovoltaica convencional en los actuales paneles de silicio. Sería una versión optimizada que "podría romper algún día el límite teórico de la eficiencia en torno al 30% para las células solares convencionales. Al menos en teoría, la energía termofotovoltaica podría alcanzar niveles superiores al 80%", añade Temple.

No obstante, antes de comprobar si este salto disruptivo es posible, ya existen tecnologías fotovoltaicas alternativas como células fabricadas con materiales mucho más baratos y abundantes como el carbono, o un sistema de generación capaz de producir hidrógeno verde a partir de la radiación solar directa, sin aplicar electricidad como en la electrólisis.

Tecnologías climáticas: potencial infinito

Labat resalta las posibilidades de las ventanas con concentrados solares de perovskita (una clase de híbrido de compuestos orgánicos e inorgánicos con estructura cristalina) para mejorar la eficiencia energética de las viviendas, que es uno de los cuatro sectores críticos, junto con el transporte, la energía y la industria, en emisiones de CO2. "Las células solares de perovskita son baratas, fáciles de fabricar y muy eficientes. Una delgada película del material puede capturar tanta luz como una capa relativamente gruesa del silicio utilizado por la energía fotovoltaica estándar", enfatiza Temple.

En cuanto a las actuales baterías de ión-litio, este material escaseará inevitablemente por su uso masivo y sus reservas limitadas. Será pues necesaria su sustitución por minerales como el magnesio: "Solo podrían fabricarse con baterías de ión-litio litio entre el 2% y el 3% de todos los vehículos que actualmente circulan por el mundo", insiste Labat.

Más a largo plazo, este experto augura recorrido a los supercondensadores con grafeno (un material compuesto por carbono puro). Y asegura que las baterías "con moléculas orgánicas, con una estructura parecida a la vitamina B12, e infinitas en producción y uso" abren un futuro brillante al coche eléctrico.

Captación y almacenamiento de energía

"Las energías renovables son el futuro, señalan hacia dónde tenemos que ir, pero hoy el 81% de la energía que se consume en el mundo es de origen fósil. El salto necesario es tremendo y no se improvisa en cinco años. Las técnicas de captura de CO2 suponen una tecnología puente, no finalista, para evitar la emisión de este gas de efecto invernadero hasta que las energías limpias tomen el relevo", reflexiona el doctor Benito Navarrete, profesor en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla y experto en sistemas de captación, almacenamiento y uso de CO2 (CAUC).

Navarrete destaca que ya hay tecnologías de captura "próximas al mercado" y otras menos maduras relacionadas con las algas y nuevos absorbentes. En su opinión, existe el suficiente desarrollo para construir una primera generación de plantas de captura a nivel comercial. El problema es el precio: "Hay dos plantas de este tipo en el mundo, una Canadá y otra en Estados Unidos, y su precio oscila entre los 60 y los 80 euros por tonelada de CO2".

Según el experto, es cuestión de tiempo que caiga y sea competitivo, porque estas tecnologías están rebajando la curva de aprendizaje y el coste de la tonelada de CO2 en el mercado de derechos de emisión es cada vez más alto (esta es una de las causas del incremento de los precios eléctricos en varios países). "Cementeras, siderúrgicas y en general industrias intensivas en el uso de energía recurrirán cada vez más a los CAUC", vaticina.

Navarrete también subraya la importancia de los sistemas de almacenamiento carbónico en el corto plazo, "mantener la subida de la temperatura de la Tierra por debajo de los 2ºC obliga a evitar la emisión de entre 24 y 30 gigatoneladas de CO2 a la atmósfera al año". Y a largo plazo, se proyecta el uso de ese gas como materia prima para producir combustibles o compuestos inorgánicos.

Química circular para el reciclaje

Por su parte, García Martínez destaca cómo los avances de la química circular permiten transformar CO2, "que hoy es un residuo", en un recurso. "Investigadores de la Universidad de Toronto han logrado convertirlo en etileno, el compuesto con el que fabricamos algunos de los plásticos más comunes, utilizando corriente eléctrica de fuentes renovables. Investigadores japoneses y norteamericanos han mejorado notablemente este proceso mediante un nuevo tipo de electrodo con una eficiencia de casi el 90%".

"El concepto de química circular es una forma nueva de entender cómo producimos todo", defiende García Martínez. "En los últimos años hemos visto innovaciones muy interesantes en el diseño a escala molecular de todo tipo de productos pensados, desde su concepción, para ser recuperados y reutilizados. Uno de los mejores ejemplos en este sentido son los plásticos que contienen en su estructura enlaces que pueden romperse fácilmente para simplificar su recuperación y reutilización".

Digitalización y sostenibilidad

Inteligencia artificial (IA), Internet de las cosas (IoT), gemelos digitales (réplicas digitales de un producto, servicio o proceso), automatización y robótica, big data, la expansión del protocolo móvil 5G… Son tecnologías de vanguardia que identifican la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) y Naciones Unidas para reducir la contaminación del aire, gestionar los desechos electrónicos, el agua, la energía, la agricultura o la seguridad alimentaria, o entender mejor el clima y la biodiversidad.

"La conectividad 5G se alza como la piedra angular de la sostenibilidad futura", asegura Elena de Arrieta, directora de comunicación de DigitalES. Esta tecnología disparará la velocidad de conexión y navegación (10 gigabytes por segundo), reducirá de forma significativa la latencia (tiempo de respuesta de la Red) y hará posible la conexión simultánea de un gran número de dispositivos.

Traducido en sostenibilidad, todo esto permitirá gestionar de manera más eficiente el agua y la energía de una ciudad, la prevención de incendios y desastres naturales, los atascos y las congestiones de tráfico o la reducción de los gases de efecto invernadero. "Las ciudades inteligentes son uno de los mejores ejemplos de cómo el 5G puede interactuar con otras tecnologías emergentes, como la IA analítica, la computación de borde y el IoT masivo para apoyar una forma totalmente eficiente, digital y sostenible de vivir, trabajar y viajar", concluye DigitalES.

Por su parte, el hidrógeno verde lleva años proponiéndose como vector energético alternativo, según García Martínez. Su principal barrera es el coste actual de producción con electricidad renovable, bastante más que a partir de gas natural. No obstante, la inversión en tecnología de producción y en generación "ha vuelto a poner al hidrógeno en el foco", apunta el experto, especialmente para usarlo como combustible en aquellas industrias difícilmente electrificables, por ejemplo todas las que tienen que ver con la fundición de metales o producción cerámica.