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La Universidad Técnica de Berlín ha puesto en marcha dos proyectos de investigación destinados a transformar el dióxido de carbono (CO₂) directamente en materias primas químicas y componentes para combustibles sintéticos mediante procesos electroquímicos.
El objetivo es avanzar hacia tecnologías que permitan aprovechar el CO₂ como recurso industrial utilizando electricidad, sin necesidad de producir hidrógeno por separado como etapa intermedia.
Las iniciativas, denominadas JEThylen e INNOCELL, se desarrollarán durante el periodo 2026-2029 y recibirán aproximadamente 2,6 millones de euros de financiación conjunta. Ambas están vinculadas al departamento de Electroquímica Técnica y Electrocatálisis de la universidad alemana, dirigido por el profesor Peter Strasser.
En los procesos convencionales de fabricación de combustibles sintéticos, el hidrógeno verde se obtiene mediante electrólisis del agua y posteriormente se combina con CO₂ para producir combustibles y otros compuestos. La propuesta de estos investigadores consiste en integrar la conversión del dióxido de carbono en una célula electroquímica, con el propósito de reducir las etapas de proceso y mejorar la eficiencia energética global.
Según Strasser, las reacciones fundamentales ya se han demostrado en el laboratorio. El siguiente reto es conseguir que los electrolizadores funcionen con mayor eficiencia y estabilidad y puedan ampliarse a dimensiones industriales.
El proyecto JEThylen se centra en la conversión electroquímica directa de CO₂ en etileno, una materia prima fundamental para la industria química que también puede utilizarse como precursor en la fabricación de combustibles sintéticos para aviación.
La tecnología busca integrar la producción electroquímica de etileno con las etapas posteriores de transformación de hidrocarburos, acortando la cadena de proceso y trabajando a temperaturas relativamente bajas. Con ello, los investigadores pretenden reducir el consumo energético asociado a la producción de combustibles sostenibles.
El proyecto está coordinado por Siemens Energy y cuenta con la participación de la Universidad Técnica de Berlín, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Interfaces y Bioprocesos (IGB) y el centro de investigación sobre transporte aéreo Bauhaus Luftfahrt.
Entre sus objetivos técnicos figura reducir la tensión de funcionamiento de las células electroquímicas desde los aproximadamente 4,5 voltios actuales hasta unos 2,5 voltios. Asimismo, el equipo aspira a elevar la eficiencia energética del 27 % al 50 % y alcanzar un funcionamiento estable durante al menos 1.000 horas.
La investigación contempla también aumentar la superficie de los electrodos desde los aproximadamente 10 cm² habituales en instalaciones de laboratorio comparables hasta varios cientos de centímetros cuadrados en una instalación técnica, con vistas a desarrollar posteriormente electrodos de hasta 0,5 m².
JEThylen cuenta con una subvención de aproximadamente un millón de euros del Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio de Alemania, en el marco de la iniciativa DISCO₂, destinada a impulsar enfoques innovadores para el aprovechamiento industrial del CO₂.
El segundo proyecto, INNOCELL, aborda uno de los principales obstáculos para trasladar estas tecnologías a escala industrial: el diseño de células de electrólisis capaces de mantener un funcionamiento eficiente y estable incluso cuando aumenta su tamaño y su intensidad de operación.
La investigación parte de un diseño de célula desarrollado y patentado por la Universidad Técnica de Berlín para trabajar con electrodos de difusión de gas. Estos permiten suministrar CO₂ en estado gaseoso directamente al catalizador y alcanzar elevadas densidades de corriente.
Para mejorar su rendimiento, el equipo emplea sustratos poliméricos hidrófugos y eléctricamente aislantes que reducen la inundación de los electrodos por el electrolito. Este fenómeno, conocido como flooding, puede obstruir los poros del electrodo y limitar el transporte de gases, perjudicando la eficiencia y la estabilidad del proceso.
Las células se probarán a temperaturas de entre 60 y 80 °C y presiones de hasta 30 bar, condiciones relevantes para las aplicaciones industriales. Los objetivos incluyen alcanzar densidades de corriente de al menos 500 mA/cm², una eficiencia energética mínima del 45 % y una vida útil de, al menos, 1.000 horas.
Además de estudiar la producción de etileno, INNOCELL investigará la obtención de monóxido de carbono (CO), un intermediario esencial en la industria química y en la fabricación de gas de síntesis, utilizado posteriormente para producir metanol y otros combustibles sintéticos.
El proyecto dispone de una financiación de 1,6 millones de euros a través del programa alemán VIP+, orientado a evaluar el potencial económico y social de los resultados de investigación.
Ambas iniciativas se enmarcan en el desarrollo de tecnologías de captura y utilización del carbono (CCU), que buscan transformar el CO₂ en materias primas aprovechables en lugar de considerarlo únicamente un residuo de los procesos industriales.
La conversión electroquímica directa podría reducir la necesidad de producir y almacenar hidrógeno como etapa independiente, aunque su viabilidad dependerá de la eficiencia real de los equipos, su durabilidad, el coste de la electricidad y la disponibilidad de CO₂ capturado.
Los resultados de JEThylen e INNOCELL permitirán evaluar hasta qué punto estos sistemas pueden superar las limitaciones actuales y avanzar hacia instalaciones de mayor capacidad. La investigación aspira así a contribuir al desarrollo de rutas de producción de productos químicos y combustibles sintéticos con electricidad de origen renovable.
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