miércoles, 24 de octubre de 2012

De por qué la gasolina a partir de aire sólo la utilizarán los coches deportivos de los ecologuais.




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.

17 comentarios:

meneante medio dijo...

Precedida de la consonante 'g', la 'u' lleva diéresis solamente cuando es seguida de 'e' o 'i' al formar diptongo.

Lo digo por lo de "ecologüais".

César dijo...

Tiene usted razón. Es un residuo del palabro usado originalmente. Corregido, ¡gracias!

Anonimo dijo...

Todo es más sencillo de lo que parece: hay que reducir el CO2 usando H. Se coje el CO2 del aire, se coge el H del agua, se junta y se obtiene un hidrocarburo (¿hidro por "agua" o por "hidrógeno"?). El caso es que es carbono reducido. Ese hidrocarburo, igual que los hidratos de carbono, almacena energía en los enlaces C-H y C-C, en concreto es la misma energía que hemos gastado para unir esos átomos que estaban separados. En realidad hemos gastado más energía, según dicta la sacrosanta Segunda Ley de la Termodinámica. Después quemamos, es decir oxidamos ese hidrocarburo y así liberamos la energía de los enlaces, con lo que hacemos funcionar un motor. Dicho así es muy simple, el problema está en como conseguirlo sin que salga por un ojo de la cara. Del dicho al hecho hay un buen trecho.

Anonimio dijo...

Además habría que añadir que si fabricar 1 Kg de gasolina hace falta mas de 9.000 Kcal, entonces, estamos gastando mas energía que la que vamos a obtener.
Como el rendimiento de un motor de explosión no pasa del 30%, resulta que el nuevo límite es la tercera parte.
Iten mas, todas la plantas emiten hidrocarburos (C10H16), pero en contacto con el oxígeno y la luz, se degradan. Si fuésemos capaces de recolectarlo con un coste energético inferior a 3.000 Kcal/Kg, obtendríamos un conbustible mucho mas interesante.

Me temo que van por las subvenciones, esas a fondo perdido que suelen repartir los gobiernos a despecho de la sanidad y la educación, para luego presumir de I+D+ι.

meneante medio dijo...

Ocurre que el proyecto es "apadrinado" por el Instituto de Ingenieros Mecánicos del Reino Unido, nada menos. Lo mismo que el proyecto de las baterías de aire líquido:
http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2012/10/121002_aire_liquido_am.shtml

Todo el proceso podría mejorarse y abaratarse en el futuro. Usando electricidad de fuentes eólicas y nucleares, podría generarse gasolina para usarse allí donde es insustituíble: maquinaria agrícola y minera.

leitzaran dijo...

Como dice Anonimio, te dejarás la piel en obtener un buen rendimiento económico en el proceso, para luego malgastar los 2/3 en un motor de explosión.

Pongamos que la energía del proceso es electricidad obtenida del aire (es un ejemplo). Lo razonable es utilizarla lo más directamente posible en el motor que necesitemos (eléctrico, evidentemente). ¿Problemas para la agricultura o la minería? He ahí el reto: almacenamiento y transporte eficientes de electricidad. Lo demás creo que está condenado al fracaso de antemano.

Alb dijo...

(Continua)

El militar encargado de aprobar los proyectos de investigación. Le encantará este proyecto, es fácil de entender y sobretodo fácil de justificar.

Así que resultara facilismo conseguir un contrato millonario con la marina para investigar este proceso.


Después de 2 o 3 años investigando el tema. Se puede presentar excelentes resultados. Los resultados del capturador de CO2, en los que se ha conseguido mejorar la absorcion en un 127% optimizando el tamaño de las gotas hidroxido sodico. Una nueva tecnologia para la electrolisis del agua, que permite alargar la vida de los electrodos... etc etc. Es facil conseguir justificar los proyectos y conseguir nuevos proyectos para seguir investigando otros detalles tecnológicos del proceso.

Una vez que se ha aprobado un proyecto, es sumamente fácil que se aprueben los demás. Que te lo rechacen significaría reconocer que se equivocaron al aprobar el proyecto inicial.

Asi que la empresa puede pasar toda su vida, dedicandose a investigar esta cuestión para el ejercito. Desarrollando diferentes tecnologias para las diferentes partes de proceso, crean prototipos, demostradores, etc etc.

Obviamente nunca llegaran a producir combustible (Salvo quizás unos pocos litros en un demostrador) pero no lo necesitan para tener éxito.

Es tan buena la idea... que seguro que salen competidores. Para air fuel shyntesys será una excelente noticia ya que le permite demostrar que la idea funciona.

En España hay decenas de proyectos de investigación para la obtención de biodiesel a partir de algas.. que siguen este mismo esquema.

Alb dijo...

Me parece una idea genial y le auguro un gran futuro a esta empresa.

Creo que Cesar no ha sabido ver el potencial de esta idea.
El negocio no esta en la venta da carburantes. El gran negocio esta en la venta de proyectos de I+D.

Es una idea perfecta para conseguir inversores que financien su desarrollo.

Es el viejo timo del invento revolucionario, en el que afirma disponer de un invento que proporcionara inmensos beneficios y se pide una módica cantidad de dinero para su desarrollo.

Sus clientes potenciales, no son pijos ricos que quieran jugar a ser ecologistas. Su cliente son los militares. Concretamente la marina de los EEUU.

La sociedad suele tomar a los ejércitos como signo de eficiencia y seriedad. Pero la verdad es que son con mucha diferencia los que mas caen en este timo. Tienen mucho dinero y están dispuestos a gastárselo en cualquier chorrada.


Los timadores han engañado a los militares en infinidad de ocasiones. Durante la guerra fría bastaba con decir." los rusos están investigando en ello y van por delante" para recibir grande cantidades de dinero para realizar las investigaciones mas absurdas. Se gastaron cantidades obscenas en la guerra de las galaxias, en tecnologias que eran poco mas que ciencia ficción. También llegaron a investigar espionajes psiquicos y telepáticos... y todo tipo de maguferias. Mas recientemente en la guerra de irak les han colado inventos absurdos como varitas mágicas de zahoris.. para la detección de explosivos.

El ejercito de los EEUU tiene mucha pasta... y es facil sacarsela.

Esta idea es cojonuda para hacerlo, lo tiene todo.

1) Promete una solución a un grave problema del ejercito, que es el transporte de combustibles.

Los grandes portaviones son nucleares... pero los aviones siguen utilizando carburantes. El suministro de carburantes es el punto debil. Poder generar los carburante "in situ" en los portaviones, les permitiría tener una autonomía casi ilimitada y no depender de largar lineas de abastecimiento.

Asi que a los militares se les caerá la baba con esta tecnologia.

2) La idea es muy sencilla, facil de entender. Todo encaja muy bien, queda bonito ingenioso y elegante. Queda muy bien en las presentaciones de power point.

3) Es técnicamente viable, no viola ningún principio de la física o la quimica. No es posible dar una razón concreta e irrebatible con el que desmontar el invento. No puede venir algún listillo a desmontar el cuento.

4) "Solo se requiere mejorar la tecnologia.... y para ello solo nos tenéis que dar pasta."

La idea de que se puede solucionar cualquier limitación tecnologica a base de pasta, trabajo e ingenio, esta muy incrustada.... pero es falsa.

5) Hay miles de detalles tecnologicos que se pueden investigar o mejorar.

Alb dijo...

Dividi mi comentario en dos, porque era demasiado extenso... pero ha salido publicados en orden inverso.

rober dijo...

Si un kilo sale a 7,69 dólares, el litro tiene que salir a menos, no a más. Si la densidad de la gasolina es 0,68 kg/L entonces hay 1,47 litros por kilo, con lo que el litro saldría a 5,23 dólares... que sigue siendo demasiado, claro.

César dijo...

Tienes razón rober, gracias.

Yuman Sayed-Ahmad Baraza dijo...

Yo además añadiría que el que tenga sentido o no el proceso, depende del metodo utilizado para obtener la energía eléctrica. Si la energía eléctrica procede de plantas térmicas donde se queman hidrocarburos no tiene mucho sentido.

Sin embargo, he de decir que en un futuro donde los hidrocarburos escaseen y los costes de obtención sean muy altos, esta tecnología si podría llegar a ser útil si se mejora, y tendría que utilizarse solamente en aquellos casos donde sea imprescindible, por su facilidad de almacenamiento, transporte y potencia que generan los motores de combustión, propiedades que la energía eléctrica utilizada directamente en motores (aunque más eficiente) no posee. Es decir, no se malgastaría este combustible en una scooter.

Lo que tendríamos que hacer es comparar sus precios con los de tecnologías que no obtengan los hidrocarburos de las reservas petrolíferas, como lo que comentaban de las algas fijadoras de CO2, o incluso los biocombustibles (los vegetales de los que se obtienen también vienen del aire y agua). No creo que vaya poder competir actualmente con los combustibles obtenidos a partir del refinamiento de petroleo.

Jeibros dijo...

Comparto bastante la visión del comentario de Leitzaran.

No voy a entrar en temática química, sino más bien de mercado. Yo sí que lo veo un proyecto claramente enfocado a conseguir ayudas públicas e inversores impetuosos. Hay muchas alternativas al motor tradicional de gasolina, y parece que no haya una alternativa por lo que se apueste (cuando a mí me parece que ya se ha hecho).

El mercado ahora mismo no va a demandar un vehículo con prestaciones inferiores a gasolina en la mayoría de las ocasiones, partiendo de eso el producto este en el mercado ahora mismo no triunfaría.

Industrialmente si no es viable, los grandes fabricantes ni se lo plantearan, con lo cual, adiós mercado. Además, tenemos que ser conscientes de que cada uno de esos grandes gigantes tiene cientos de personas pensando y comprobando la viabilidad de nuevos modos de conducción. Si se financiara públicamente la idea del post serviría solo para mantener unos puestos de empleo, pero no para apostar por una tecnología de futuro.

Hay otras alternativas que han levantado menos revuelo, como el motor de nitrógeno líquido. Será por alternativas. Está bien la inventiva y la práctica, pero también saber reconocer las (no) viabilidades de ciertas de ellas.

vertederotecnologico dijo...

no os olvideis de que no es viable HOY. Muchas partes del proceso son caras porque son experimentales para tiradas cortas, casi artesanales. Por ejemplo la hidrólisis es un proceso muy estudiado y que se ha abaratado mucho los últimos años.

Yo desde twitter le di una categoría #Kaboom cuando vi la noticia en Independient, evidentemente hay mucho humo detrás, pero todos sabemos que terminaría pasando. EU es la gran importadora de petroleo y eso nos hace vulnerables. por lo tanto gasolina del aire es un “arcoirirs del amor”.

Si ya han sacado carburante (tal y como cuentan) les darè el beneficio de la duda y los considerarè una empresa con un fin más ètico que la subsistencia subencionada. Al fin y al cabo la ciencia no es la obtención de resultados inmediatos.

JM Mulet dijo...

ay ay ay, ecologüais, como utilices mucho ese termino pronto dirán que te paga Monsanto. Yo ya te he avisado.

Anonimio dijo...

JM Mullet, hamigo, ecologuais, sin diéresis.

Simplicius Simplicisimus dijo...

Tomé, Mulet (que no Mullet), ningún ecologista que se precie se va a sentir ofendido por el término ecologuay que usáis de forma superficial, tal vez intentando zaherir (enMulet es normal, en Tomé no tanto, pero alguna vez se empieza). El ecologismo social no tiene nada que ver con coches que usan gasolina ecológica... sino con un menor consumo de combustibles y de recursos en general y, sobre todo, con la denuncia del despilfarro y de la injusticia de esta sociedad en la que el 20 % consume el 80 % de los recursos.