Mikel Imizcoz Aramburu (Pamplona, 1995), investigador del Instituto INAMAT2 de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), ha transformado dióxido de carbono (CO₂) en metano (CH₄) renovable utilizando luz solar como fuente de energía. Su trabajo, resultado de la tesis doctoral defendida en la institución académica, representa un avance en la investigación de tecnologías CCUS (siglas en inglés de captura, almacenamiento y utilización de carbono), claves para reducir las emisiones en sectores donde la descarbonización es especialmente compleja, como la industria cementera, la aviación o el transporte marítimo y por carretera. La conversión eficiente y sostenible del CO₂ con luz solar analizada en esta tesis abre una vía para la producción de combustibles limpios, como el metano que puede utilizarse como alternativa al gas natural.
“En un futuro que avanza hacia la disminución del empleo de combustibles fósiles, es necesario buscar fuentes de carbono alternativas —señala Mikel Imizcoz, cuya tesis doctoral ha sido dirigida por tres investigadores del Instituto INAMAT2: Luis Gandía Pascual, Alberto Navajas León e Ismael Pellejero Alcázar—. En este sentido, mi tesis busca sacar provecho del CO₂ como materia prima y fuente de carbono para la síntesis de combustibles como el metano. Este metano se puede utilizar como un sustituto neutro en emisiones del gas natural, ya que este combustible fósil contiene entre el 83 y el 97 % de metano, según el yacimiento. De este modo, el metano renovable podría ser empleado como combustible en las centrales térmicas, generando emisiones neutras de carbono: el CO₂ que se genera en la combustión es el mismo que fue previamente capturado y empleado como materia prima para la síntesis del combustible. El metano renovable también podría llegar a constituir un elemento clave en el transporte por carretera por su potencial aplicabilidad en motores diésel”.
Para transformar el CO₂ en CH₄, el químico navarro ha estudiado en su tesis la reacción de Sabatier, proceso, planteado por primera vez en 1902, en el que el dióxido de carbono se combina con hidrógeno (H₂) para producir metano y agua. Este metano solo puede calificarse como combustible limpio si el CO₂ se obtiene de la captura de una fuente emisora y el hidrógeno procede de la electrolisis del agua con energía renovable. Esta última consiste en aplicar una corriente eléctrica a un dispositivo electroquímico para descomponer el agua en sus dos elementos: hidrógeno y oxígeno, que se obtienen de forma separada. Si la electricidad aplicada es de origen renovable, como la solar, eólica o hidroeléctrica, el hidrógeno obtenido se denomina hidrógeno verde y el metano formado en la reacción de Sabatier a partir de CO₂ capturado será considerado un combustible limpio con las mismas propiedades químicas y aplicaciones que el gas natural.
Para que la reacción de Sabatier tenga lugar, además del dióxido de carbono y el hidrógeno, es necesario el empleo de un catalizador heterogéneo que facilite la interacción entre las moléculas de gas y acelere la reacción química. Asimismo, para iniciar y mantener la reacción, es necesario aportar energía al sistema.
“Una de las principales novedades de esta investigación, planteada desde el inicio, ha consistido en que la fuente de energía necesaria para iniciar y mantener la reacción debía de ser, al menos parcialmente, la luz del sol”, indica Mikel Imizcoz. De esta manera, el investigador trabajó en una disciplina novedosa, denominada foto-termocatálisis. “Los foto-termocatalizadores se caracterizan por aprovechar toda la energía del sol para calentarse —contribución termoquímica— y/o para inducir la excitación de sus electrones —contribución fotoquímica—, de manera que ambos procesos favorezcan que tenga lugar la reacción química. Distinguir estos dos procesos cuando se ilumina el catalizador resulta muy conveniente para poder mejorar su diseño y este ha sido uno de los objetivos principales de la tesis doctoral”, describe Mikel Imizcoz, que ha desarrollado un método para diferenciar las contribuciones fotoquímicas y termoquímicas de este proceso.
Como prueba de concepto final, los catalizadores, basados en rutenio y níquel, fueron expuestos a luz solar concentrada para dar lugar a la reacción de Sabatier. Así, se produjo metano a partir de dióxido de carbono sin necesidad de un aporte energético adicional para alcanzar la temperatura de reacción, lo que normalmente se hace mediante calor adicional. De esta manera, el investigador probó la aplicabilidad de estos catalizadores en condiciones reales de iluminación: salió a la calle para llevar a cabo la reacción química utilizando la luz del sol como única fuente de energía.
Parte de los resultados de la tesis doctoral de Mikel Imizcoz se han publicado en la revista científica “Applied Catalysis B: Environment and Energy”, la de mayor impacto en la categoría de ingeniería medioambiental y la cuarta en la de ingeniería química, según el informe correspondiente a 2023 del Journal Citation Reports (JCR). Este factor es el más conocido y valorado de los indicadores de calidad de las revistas científicas y lo proporciona la empresa norteamericana Clarivate Analytics (antes, Thomson Reuters).
Mikel Imizcoz cursó el grado en Química en la Universidad de Navarra entre 2013 y 2017. En el verano de su graduación, completó una estancia investigadora de dos meses dentro del programa Erasmus+ en la Queen’s University Belfast (Reino Unido). A continuación, cursó el Máster Interuniversitario en Química Sostenible de las universidades Politécnica de Valencia, Valencia y Jaume I de Castellón.
Al finalizar el posgrado, se incorporó a la UPNA, donde inició su tesis doctoral gracias a una Ayuda para la Formación de Profesorado Universitario (FPU), concedida por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. En 2022, realizó una estancia breve de un mes y medio en la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) de Arabia Saudí, financiada con una Ayuda de Movilidad del Gobierno de Navarra.
A lo largo de su carrera investigadora, Mikel Imizcoz ha publicado ocho artículos científicos que recogen los resultados de sus proyectos de fin de carrera y máster, estancias de investigación y tesis doctoral. Además, ha presentado su trabajo en dos congresos internacionales y dos nacionales, así como en varios seminarios internos de la UPNA.
El nuevo doctor combina la investigación con su labor de divulgación científica, pues ha participado en actividades como la Noche Europea de las Investigadoras y los Investigadores de la UPNA, el Encuentro de Jóvenes Investigadores de Navarra (Nabirra Ciencia) o el encuentro entre pares organizado por la Fundación Elhuyar y Planeta STEM del Planetario de Pamplona.
