Convertir el dióxido de carbono y la luz del sol en combustibles líquidos ya no es solo una idea de laboratorio exótica. En los últimos años, varios equipos de investigación europeos y asiáticos están dando pasos firmes para que parte de los carburantes del futuro procedan del CO₂ que hoy se considera un residuo.
En España, un proyecto encabezado por la Universidad Pública de Navarra trabaja codo con codo con centros tecnológicos y empresas para diseñar dispositivos que produzcan combustibles sintéticos renovables a partir de agua y CO₂. Mientras tanto, en otros países se perfeccionan sistemas de fotosíntesis artificial que podrían integrarse en estas cadenas de producción, dibujando un escenario en el que “fabricar combustible a partir del aire” deje de sonar a ciencia ficción.
Panel-to-Fuel: fabricar combustibles con sol, agua y CO₂ en España
El proyecto Panel-to-Fuel, impulsado por la Universidad Pública de Navarra (UPNA) a través del instituto INAMAT², el Centro Tecnológico Lurederra y la empresa Ingeniería Navarra Mecánica (INM), persigue demostrar que es posible producir combustibles sintéticos usando únicamente recursos renovables: radiación solar, agua y CO₂ capturado del aire.
La idea central es sustituir una parte de los combustibles líquidos derivados del petróleo por alternativas compatibles con los motores actuales, pero generadas mediante procesos que no aumenten el CO₂ en la atmósfera. Para ello, se plantea un ciclo en el que se captura CO₂ del aire, se obtiene hidrógeno verde con luz solar y se combinan ambos para crear combustibles sintéticos utilizables en el transporte.
Este enfoque busca responder a uno de los grandes retos climáticos: la descarbonización de sectores difíciles de electrificar, como el transporte pesado por carretera, el marítimo o la aviación, donde la sustitución directa por baterías no siempre es viable técnica o económicamente.
El proyecto no se limita al desarrollo químico, sino que incluye también análisis económicos y medioambientales para saber si el proceso puede competir, a medio plazo, con las opciones fósiles tradicionales y con otras alternativas renovables que ya están en el mercado.
Un panel fotocatalítico que imita a las plantas
En el corazón de Panel-to-Fuel se encuentra un panel fotocatalítico que funciona de forma distinta a una placa fotovoltaica convencional. En lugar de generar electricidad, este dispositivo emplea la luz solar para separar las moléculas de agua y producir hidrógeno, sin necesidad de recurrir a energía procedente de la red.
La UPNA diseña reactores fabricados mediante impresión 3D, con geometrías pensadas para que la radiación solar llegue de forma óptima a los materiales activos. El objetivo es que la luz se distribuya mejor sobre la superficie en la que se lleva a cabo la reacción, aumentando así la cantidad de hidrógeno que se puede obtener a partir del agua.
Por su parte, el Centro Tecnológico Lurederra aporta nanomateriales capaces de captar y aprovechar la luz solar con alta eficiencia. Estos compuestos actúan como fotocatalizadores, es decir, desencadenan y aceleran las reacciones químicas cuando reciben fotones, algo parecido a lo que hacen los pigmentos en las hojas de las plantas durante la fotosíntesis natural.
La empresa Ingeniería Navarra Mecánica se encarga de la ingeniería del primer prototipo integrado, una unidad de demostración que reunirá en un mismo sistema la producción de hidrógeno, la captura de CO₂ y la síntesis posterior de los combustibles renovables.
En paralelo al desarrollo de estos equipos, el consorcio trabaja en materiales adsorbentes para capturar CO₂ del aire, capaces de retener este gas en su superficie y liberarlo después de forma controlada para introducirlo en las reacciones de conversión.
De CO₂ e hidrógeno a combustibles líquidos: metanol y Fischer-Tropsch
Una vez se dispone de hidrógeno verde y CO₂ capturado, la siguiente etapa es transformarlos en moléculas que puedan emplearse como combustible líquido. El equipo liderado por Luis Gandía Pascual y Fernando Bimbela Serrano analiza dos rutas principales para lograrlo.
La primera recurre al metanol como escalón intermedio. En este caso, el CO₂ reacciona con el hidrógeno para formar metanol, una molécula que, a su vez, se puede transformar en combustibles más complejos o utilizar directamente en ciertas aplicaciones industriales y energéticas.
La segunda ruta se basa en una versión adaptada del proceso Fischer-Tropsch, una tecnología conocida que permite convertir mezclas de monóxido de carbono e hidrógeno en hidrocarburos líquidos similares a los carburantes convencionales. Aquí, la clave está en ajustar las condiciones y los catalizadores para partir de CO₂ y obtener mezclas adecuadas de gases que alimenten ese proceso.
El consorcio compara ambas opciones para determinar qué camino encaja mejor en la cadena completa, teniendo en cuenta la eficiencia energética, los costes de operación, la complejidad técnica y la integración con el módulo de captura de CO₂ y el panel fotocatalítico de producción de hidrógeno.
Según explica el investigador Fernando Bimbela, responsable del grupo QuiProVal en la UPNA, los prototipos desarrollados ya han permitido obtener metano solar a partir de CO₂ e hidrógeno verde, y se está trabajando para escalar hacia hidrocarburos con mayor número de átomos de carbono, más cercanos a los combustibles líquidos que se usan a diario.
Diseño curvado, sistema modular y apoyo europeo
Uno de los elementos distintivos de Panel-to-Fuel es el desarrollo de un reactor con diseño curvado que concentra la radiación solar justo en la zona donde tienen lugar las reacciones químicas más importantes. Esta geometría permite aprovechar mejor tanto la luz como el calor del sol, aumentando el rendimiento del sistema.
El objetivo final es contar con un conjunto modular capaz de funcionar de manera continua y estable, realizando simultáneamente tres tareas: producir hidrógeno, capturar CO₂ del aire y transformarlo en combustibles sintéticos. La modularidad facilitaría adaptar la capacidad de producción a diferentes entornos, desde instalaciones piloto cercanas a centros de investigación hasta plantas a mayor escala junto a sectores industriales o logísticos.
Además del diseño técnico, el proyecto incluye estudios de viabilidad económica y de impacto ambiental, imprescindibles para valorar si estos combustibles sintéticos pueden competir frente al diésel, la gasolina o el queroseno convencionales, así como frente a alternativas como el vehículo eléctrico o el hidrógeno comprimido.
Panel-to-Fuel cuenta con financiación de la Agencia Estatal de Investigación, del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia y de los fondos europeos NextGenerationEU, así como de ayudas como RENOCogen, lo que refuerza el papel de este tipo de proyectos en la estrategia de descarbonización y reindustrialización verde de España y de la Unión Europea.
En el equipo participan investigadores de la UPNA como Luis Gandía, Fernando Bimbela e Ismael Pellejero; de Lurederra, como Cristina Salazar y Carmen Garijo; y de la empresa Ingeniería Navarra Mecánica, entre ellos Uxue Llorente, lo que muestra una colaboración estrecha entre universidad, centro tecnológico y tejido empresarial.
Fotosíntesis artificial: avances internacionales que apuntan a combustibles solares
Mientras en Navarra se trabaja en integrar todo el proceso en un único sistema modular, otros grupos internacionales avanzan en la pieza complementaria: catalizadores fotónicos de alto rendimiento capaces de transformar CO₂ usando solo luz solar y agua como insumos principales.
Un ejemplo reciente procede de un equipo de la Academia China de Ciencias y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, que ha presentado un sistema de fotosíntesis artificial publicado en la revista Nature Communications. Su enfoque consiste en emplear un material denominado Ag/WO₃, un trióxido de tungsteno modificado con plata, que actúa como una especie de almacén temporal de electrones dentro del catalizador.
Cuando este material se ilumina, puede guardar y liberar electrones de forma controlada, lo que resulta clave para reducir el CO₂ de manera más eficiente. Al combinarlo con un catalizador molecular basado en cobalto, la ftalocianina de cobalto, el sistema logra convertir CO₂ y agua en monóxido de carbono con una velocidad muy superior a la de configuraciones anteriores.
En condiciones de laboratorio, se han alcanzado producciones del orden de 1,5 milimoles de monóxido de carbono por gramo de catalizador y hora, aproximadamente cien veces más que el mismo catalizador de cobalto sin el “reservorio de carga” proporcionado por el Ag/WO₃. Aunque se trata aún de escalas pequeñas, la mejora de rendimiento es significativa desde el punto de vista científico.
Ese monóxido de carbono no es un combustible listo para usar en un depósito, pero sí constituye uno de los bloques químicos básicos para la fabricación de combustibles sintéticos, mediante rutas industriales ya conocidas como la síntesis de gas (syngas) seguida de procesos tipo Fischer-Tropsch, precisamente la misma lógica que se explora en proyectos como Panel-to-Fuel.
Un diseño más limpio: agua como fuente de electrones
Uno de los problemas habituales de muchos esquemas de fotosíntesis artificial es la necesidad de emplear agentes sacrificables, sustancias adicionales que facilitan la reacción pero que se consumen y generan residuos. El diseño chino intenta superar esta limitación utilizando agua como fuente de electrones, un enfoque más cercano al funcionamiento de una hoja real.
En la naturaleza, moléculas como la plastoquinona almacenan electrones brevemente para coordinar varias reacciones fotoquímicas a la vez. Inspirándose en este comportamiento, el sistema con Ag/WO₃ permite que el tungsteno cambie de estado de oxidación al recibir y ceder electrones, de forma que el catalizador que reduce el CO₂ dispone de más carga disponible durante más tiempo.
Este mecanismo de almacenamiento intermitente de carga reduce las pérdidas y mejora la eficiencia global del proceso, algo esencial si se quiere que estos sistemas pasen del laboratorio a aplicaciones prácticas donde el coste por kilogramo de producto es determinante.
Un punto interesante es que el dispositivo no solo funciona bajo iluminación artificial controlada, sino que se ha probado también con luz solar natural, manteniendo su capacidad de transformar CO₂ en monóxido de carbono. Este detalle sugiere que la tecnología podría llegar a integrarse en reactores impulsados directamente por renovables, sin recurrir necesariamente a la red eléctrica.
Desde el punto de vista del diseño de materiales, la estrategia con Ag/WO₃ se presenta como un enfoque relativamente versátil, ya que el mismo soporte podría combinarse con diferentes catalizadores específicos según el producto final deseado, abriendo la puerta a un abanico más amplio de combustibles y compuestos químicos de origen solar.
Impacto climático, retos y encaje con las políticas europeas
La posibilidad de convertir CO₂ en combustibles sintéticos con ayuda de la luz del sol encaja de lleno en las estrategias de descarbonización europeas, pero su contribución real dependerá del conjunto del ciclo de vida. Para que estos combustibles sean climáticamente neutros, el CO₂ empleado debe proceder de fuentes capturadas, ya sean emisiones industriales o directamente del aire, y todo el proceso debe alimentarse con energía renovable.
Incluso cumpliendo esas condiciones, los expertos señalan que la eficiencia global todavía está lejos del ideal. Cada etapa —captura de CO₂, producción de hidrógeno, conversión a combustibles líquidos, almacenamiento y distribución— implica pérdidas de energía que se traducen en costes económicos y en la necesidad de disponer de más capacidad renovable instalada.
Aun así, estos combustibles solares podrían jugar un papel relevante en aquellos sectores donde no es sencillo electrificar directamente o reemplazar a corto plazo los motores y las infraestructuras existentes. La aviación, el transporte marítimo o determinadas industrias pesadas aparecen recurrentemente en este listado de “difícil abatimiento”.
Desde la óptica de la política energética, surgen también preguntas muy prácticas: cuánto costará un litro de este tipo de combustible frente al gasóleo o la gasolina tradicionales, cómo se integrará en las refinerías y redes actuales, y qué grado de apoyo recibirán estas tecnologías respecto a otras opciones como el vehículo eléctrico o el hidrógeno para pilas de combustible.
En Europa, la combinación de proyectos como Panel-to-Fuel con avances internacionales en fotosíntesis artificial y nuevos catalizadores apunta a un escenario en el que el CO₂ deje de verse únicamente como un problema y pase a considerarse parcialmente como un recurso. Mientras el clima se calienta y el precio de los carburantes fluctúa, el desarrollo de combustibles sintéticos renovables basados en luz solar y CO₂ se perfila como una vía complementaria para que industria y medio ambiente empiecen a caminar en la misma dirección.