En una planta piloto en Menlo Park, Califo ia (EEUU), un técnico vierte bolitas blancas en un tubo de acero y luego lo golpea con una llave para asegurarse de que se posan juntas. Cierra el tubo, y empieza a introducir oxígeno y metano, el ingrediente principal del gas natural. Segundos después salen agua y etileno, el mayor producto químico básico del mundo. Otro paso sencillo convierte el etileno en gasolina.
Las bolitas blancas son un catalizador desarrollado por la empresa de Silicon Valley Siluria, que ha recaudado 63,5 millones de dólares (46,65 millones de euros) en capital de riesgo. Si los catalizadores funcionan igual de bien en una planta comercial de gran escala, como lo hacen en las pruebas, según Siluria, la empresa podría producir gasolina a partir de gas natural por la mitad del coste de la gasolina a partir de petróleo crudo, al menos en base a los bajos precios actuales del gas natural.
Si Siluria realmente logra crear gasolina barata a partir de gas natural, habrá logrado algo que hasta ahora no han conseguido en todo el mundo ni los mejores químicos ni las compañías de petróleo y gas durante décadas. De hecho, la búsqueda de una forma barata y directa de pasar el gas natural a productos químicos y combustibles más valiosos y útiles podría finalmente suponer un reemplazo barato para el petróleo.
El gas natural se quema de forma mucho más limpia que el petróleo, y las plantas eléctricas que queman petróleo emiten un 50% más de dióxido de carbono que las de gas natural. También es entre dos y seis veces más abundante que el petróleo, y su precio se ha reducido drásticamente ahora que tecnologías como la fractura hidráulica y la perforación horizontal han llevado a un aumento de la producción a partir de fuentes no convencionales como el esquisto Marcellus. Mientras que el petróleo cuesta alrededor de 100 dólares (74 euros) por barril, el gas natural se vende en EEUU por el equivalente a 20 dólares (15 euros) el barril.
Pero, hasta ahora, el petróleo ha mantenido una ventaja crucial: el gas natural es mucho más difícil de convertir en productos químicos, como los utilizados para la fabricación de plásticos. Y resulta relativamente caro convertir el gas natural en combustibles líquidos como gasolina. Shell gastó 19.000 millones de dólares (13.959 millones de euros) en construir una enorme planta de conversión de gas a líquidos en Qatar, donde el gas natural es casi gratis. La empresa sudafricana de energía y productos químicos Sasol está considerando una planta de conversión de gas a líquidos en Louisiana (EEUU) que, según señala, va a costar entre 11.000 y 14.000 millones de dólares (8.082 y 10.286 millones de euros). En total, estas plantas producen sólo alrededor de 400.000 barriles de combustibles líquidos y productos químicos al día, lo cual es menos de la mitad del 1% de los 90 millones de barriles de petróleo producidos diariamente en todo el mundo.
Los costes son tan altos, en gran parte, porque el proceso resulta complejo y consume una gran cantidad de energía. Primero son necesarias altas temperaturas para descomponer el metano en monóxido de carbono e hidrógeno, creando lo que se conoce como gas de síntesis. A continuación, el gas de síntesis se somete a reacciones catalíticas que lo convierten en una mezcla de hidrocarburos costosa de refinar y separar en productos.
Foto: Dos versiones de catalizadores desarrollados por Siluria para convertir gas natural en etileno, que puede ser utilizado para crear gasolina y productos químicos.
Durante años, los químicos han estado buscando catalizadores que simplifiquen el proceso, evitando el paso de gas de síntesis y, en su lugar, convirtiendo el metano directamente en el producto químico específico deseado. Tal proceso no requeriría refinación ni etapas de separación costosas, y podría consumir menos energía. Pero el proceso químico es difícil, hasta el punto de que algunas de las principales empresas petroleras del mundo abandonaron la idea en la década de los 80.
Siluria cree que puede tener éxito donde otras han fracasado no porque entienda mejor el proceso químico, sino porque ha desarrollado nuevas herramientas para elaborar y seleccionar catalizadores potenciales. Tradicionalmente, los químicos han desarrollado catalizadores mediante el análisis de su funcionamiento, para después, calcular qué combinación de elementos podría mejorarlos. La filosofía básica de Siluria es probar un gran número de catalizadores con la esperanza de tener suerte. La empresa ha construido un sistema automatizado, una especie de amasijo de tubos de acero y de plástico, espectrómetros de masa, pequeños ho os de acero inoxidable y cables de datos, capaz de sintetizar rápidamente cientos de diferentes catalizadores a la vez y luego probar lo bien que convierten el metano en etileno.
El sistema funciona mediante la variación tanto del material del que están hechos los catalizadores, es decir, las combinaciones y proporciones de los diversos elementos, y su estructura microscópica. Siluria fue fundada sobre la base de la profesora de ingeniería biológica del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, EEUU), Angela Belcher, que desarrolló unos virus capaces de ensamblar átomos de materiales inorgánicos en formas precisas. Siluria emplea este y otros métodos para formar los nanocables de materiales que componen sus catalizadores. A veces la forma de un nanocable cambia la forma en que el catalizador interactúa con gases como el metano, y esto puede transformar una combinación de elementos inútiles en algo efectivo. "La forma en que construyes la estructura del catalizador importa tanto como la composición", asegura el vicepresidente de investigación y desarrollo en Siluria, Erik Scher.
El proceso de fabricar y probar catalizadores no es completamente aleatorio. Siluria está usando el trabajo de químicos anteriores como guía, y ha desarrollado un software que clasifica la forma más eficiente de probar una amplia variedad de posibilidades. Como resultado, lo que los químicos tardaban en hacer un año, Siluria lo puede hacer en un par de días, afirma Scher. "Hemos creado y probado más de 50.000 catalizadores en el último recuento", asegura. "Y hace tiempo que he dejado de contar".
No obstante, algunos químicos experimentados ven con escepticismo que Siluria pueda tener éxito. El proceso de la compañía es una versión de uno que los químicos intentaron en los años 70 y 80 conocido como acoplamiento oxidativo, que consiste en hacer reaccionar el metano con el oxígeno. El problema de este enfoque es que resulta difícil conseguir que la reacción se detenga en el etileno y no siga adelante para crear dióxido de carbono y agua. "Las condiciones de la reacción que necesitas para convertir el metano en etileno son, al menos, igual de eficaces, o mejores, a la hora de convertir el etileno en dióxido de carbono, que no sirve para nada", afirma el químico del Instituto Beckman en Caltech (EEUU) Jay Labinger.
A finales de los 80, Labinger escribió un artículo que advertía a los investigadores no desperdiciar su tiempo trabajando en el proceso. Y la historia parece haberlo confirmado. El proceso "no ha sido, y no parece en absoluto probable que sea" viable desde el punto de vista económico, advierte.
Sin embargo, a pesar de la dificultad del proceso químico, Siluria señala que el rendimiento de sus catalizadores en su planta piloto ha justificado la construcción de dos plantas de demostración más grandes, una en la Bahía de San Francisco, en Hayward, Califo ia, que producirá gasolina, y otra en Houston, que sólo producirá etileno. Las instalaciones están diseñadas para demostrar a los inversores que la tecnología puede funcionar a escala comercial, y que el proceso puede conectarse a las refinerías y las plantas químicas existentes, manteniendo bajos los costes de capital. La compañía espera abrir sus primeras plantas comerciales en cuatro años.
Siluria no explica exactamente cómo ha resuelto el problema que ha estado bloqueando a los químicos durante décadas, si es que ha logrado resolverlo. Dada la naturaleza de su enfoque, consistente en probar muchas cosas a la vez, no sabe exactamente cómo funciona su nuevo catalizador. Todo lo que sabe es que el proceso parece funcionar.
La esperanza de encontrar usos más valiosos para el gas natural, y hacer que sea una alte ativa a gran escala al petróleo, no sólo la comparte Siluria. La abundancia de gas natural barato ha impulsado una serie de start-up con otros enfoques. Dados los desafíos que esos esfuerzos han tenido que enfrentar, existen buenas razones para ser escépticos frente a su éxito, señala el director del Laboratorio para el Derecho y la Regulación Inte acional de la Universidad de Califo ia en San Diego, David Victor. Pero si alguno de ellos funciona, señala, "eso tendría un efecto gigantesco".