Convertir el metano en una fuente de energía, es posible. Esa es la idea que ha dado lugar a una investigación por parte de la Universidad de Basilea. Al hablar de gases de efecto invernadero, se suele pensar en el CO2, sin embargo, el metano es otro gas de este tipo. A pesar de ser menos habitual que el CO2, el potencial de calentamiento global del metano es de 80 a 100 veces superior por unidad. 

El metano es un gas con grandes posibilidades. El desarrollo de procesos por parte del ser humano tienen como consecuencia más de la mitad del metano. Esta gran cantidad de metano producido  tiene su origen, fundamentalmente, en la producción de petróleo y fertilizantes.

La presencia del metano en el medioambiente

El origen del metano puede estar también en procesos naturales. Un ejemplo de ello son los lagos, en ellos, la descomposición de la biomasa a causa de los microbios, da lugar a este gas. Los profesores Maciej Bartosiewicz y Mortiz Lehmann, han analizado las posibilidades que ofrece el metano de los lagos para la producción de energía sostenible.

Los depósitos de agua dulce, una fuente natural de metano. Entre los lagos y los cuerpos naturales donde se encuentra agua dulce, se reúne un 20% de las emisiones de metano con carácter global. Ante esta cantidad, indica Bartosiewicz, sería suficiente este volumen para dar respuesta a la necesidad de energía del planeta.

Los lagos y cuerpos naturales de agua dulce, almacenan el 20% de las emisiones de metano

Un proceso hacia la utilización del metano como energía. En los lagos, de forma contínua, se produce la absorción de CO2 presente en la atmósfera a través del desarrollo de fitoplancton. Esta vida microbiótica, transforma el carbono en metano durante el procesamiento de biomasa. Así, el carbono que se encontraba unido al metano, se mantiene presente durante la combustión.

Sustitución de los combustibles fósiles para la obtención de electricidad. Esto supone un avance notable, reemplazar en cierto volumen los combustibles fósiles por metano renovable “natural”. En la actualidad se quema metano para obtener energía eléctrica en centrales eléctricas. Además, el metanol líquido es una fórmula óptima como combustible.

El metanol líquido es susceptible de ser utilizado como combustible

En los lagos existe gran cantidad de metano que puede ser extraído

La investigación abre una nueva línea de estudio a una temática existente. El concepto sobre el que radica la investigación, ha sido puesto en marcha en otro lugar, concretamente en el Lago Kivu. En este lago, entre Ruanda y República Democrática del Congo, se extrae metano a 260 metros de profundidad. Tras la extracción, pasa por un proceso de limpieza y finalmente se utiliza como energía.

La concentración del lago Kivu es especialmente alta. La extracción de metano y su posterior conversión en energía, ha sido un referente para los investigadores. Como indica Bartosiewicz, el lago posee una concentración 100 veces superior a los largos ordinarios. Esta mayor concentración complicó la extracción del metano, lo cual, era sumamente complicado con la tecnología disponible hasta hace algunos años.

Hasta hace relativamente poco, la tecnología no permitía una adecuada extracción de metano

Un entorno ideal para el desarrollo de la investigación. Como refiere Bartosiewicz, Suiza es un entorno idóneo para extraer metano de lagos. Esto se debe al gran número de embalses que se encuentran en este país. Además, señala cómo, recientemente, han advertido la gran producción emisión a la atmósfera de metano por parte de los lagos.

Imagen 1. Ilustración esquemática de los procesos involucrados en la conversión de biomasa en CH4 en las aguas del fondo y sedimentos de un ecosistema de agua dulce estratificado.

Metano, la oportunidad de un nuevo biocombustible reduciendo la emisión de gases invernadero

Fuente: Bartosiewicz, M., Rzepka, P., & Lehmann, M. F. (2021)

Una membrana que permite la recuperación de gas metano

Los investigadores han teorizado sobre nuevas membranas y sus aplicaciones. En concreto, han empleado un contactor de membrana hidrofóbica gas – líquido (GLMC). Se utiliza como barrera entre un sorbente y el agua retenida, a través de la cual solo pueden penetrar moléculas de gas. Este contactor puede separar del agua una solución en la que se encuentra el metano y poder así concentrarlo.

La eficacia de las membranas en la recuperación de gas. Las membranas de tipo microporoso y con base en polímeros, han sido utilizadas con resultados satisfactorios en la recuperación de metano. Este éxito ha sido puesto a prueba a gran escala con efluentes anaeróbicos y en la recuperación de gas en plantas de tratamiento de aguas residuales

Las membranas de tipo microporoso y con base en polímeros, son efectivas recuperando metano

Existen indicios que apuntan a una posibilidad de mejora. A pesar de la eficacia observada en la separación, una investigación previa al estudio, invita a plantear la posibilidad de mejora. Esta idea se lograría con una mejor selectividad hacia el gas y la creación de electrodos de membrana de fibra hueca que posean una alta densidad de empaquetamiento.

La concentración de metano es superior en aguas residuales. Una circunstancia clave para extraer metano de los lagos es su concentración. Comparativamente, el metano presente en aguas residuales es muy superior al que se encuentra presente en el agua que da forma a la masa de un lago. Por ello, se ha decidido que el GLMC tendrá un mejor resultado separando metano del agua en el medio natural.

El metano presenta una menor concentración en los lagos que en las aguas residuales

Zeolita, un material con las propiedades adecuadas para la investigación

Un socio de investigación que da apoyo con su especialidad en zeolitas. En el estudio, ha participado a su vez la cátedra de catálisis heterogénea de ETH Zurich, la cual, posee una vasta experiencia en zeolitas y su aplicación a los procesos de adsorción.

La membrana contiene minerales de zeolita.  Estas sustancias cristalinas, son idóneas para la operación. Esto es debido a que los minerales hidrófobos permiten la adsorción y liberación de gases. Las zeolitas, pueden regular el tamaño de las aberturas de los poros. Se da este fenómeno gracias a su cristalino microporoso (poros <2 nm), el cual, consta de una estructura de aluminosilicato que, a su vez, dispone de una extra-estructura.

Los minerales hidrófobos permiten la adsorción y liberación de gases

El estudio abogó por el uso de zeolitas como material de investigación. Las zeolitas demostraron una amplia capacidad para retener biometano. Además, el desarrollo de zeolitas intercambiadas con cobre, facilita la oxidación del metano y su conversión en metanol.

Transformar metano en metanol para lograr su almacenamiento directo. La conversión de metano en metanol, gracias a las zeolitas, permitiría su almacenamiento directo. Con lo cual, podría ser transportado a grandes distancias.

Imagen 2. Diseño conceptual para una implementación tecnológica: un dispositivo móvil equipado con membranas de alto rendimiento busca de manera autónoma la mayor concentración de metano en el fondo del lago. El gas procesado se alimenta a través de una manguera a una estación de recolección en la costa, donde se procesa en metanol para la producción de energía.

Metano, la oportunidad de un nuevo biocombustible reduciendo la emisión de gases invernadero

Fuente: Bartosiewicz, M., Rzepka, P., & Lehmann, M. F. (2021)

Posibles efectos y consecuencias extraídas del estudio

A pesar de advertir posibles efectos positivos, no se pueden prever los negativos. La síntesis que pretenden transmitir, indica bartosiewicz, es iniciar un debate sobre el potencial de esta tecnología. De momento, ninguna investigación ha analizado los efectos de la eliminación del metano en el ecosistema del lago. Por ello, al carecer de este conocimiento, no es posible prever posibles repercusiones negativas.

La investigación apunta hacia un futuro sostenible. La eliminación del exceso de carbono,  podría reducir la formación excesiva de floraciones de fitoplancton, e incluso, disminuir las emisiones de gases con efecto invernadero. Pese a las buenas perspectivas, la investigación, de momento, es únicamente teórica. Sólo una mayor profundización en la materia, podría llevar a la práctica de la teoría planteada.

La investigación, por ahora, tiene una perspectiva únicamente teórica

Conclusión

Los gases de efecto invernadero son un problema ante el calentamiento global. La conciencia social que se ha revelado, ha dado pie a investigaciones como la presente, en la cual, se busca reducir los gases de efecto invernadero. Como vemos, el estudio planteado es de momento una teoría, sin embargo, la innovación y la tecnología seguro que abren una puerta a la práctica. 

La innovación ofrece nuevas posibilidades. En la investigación desarrollada, se hace referencia al desarrollo de nuevas membranas como forma de crecer en la investigación. Un ejemplo es la membrana del Lago Kivu, la cual, ha permitido a los investigadores de la zona extraer el metano.

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