Hidrogenoa sortzeko 'fotosintesia'

Abiapuntua eta inspirazioa natura da: fotosintesia. Funtsean, landareek ura eta karbono dioxidoa hartzen dituzte atmosferatik, eta, erreakzio baten bitartez, haientzako elikagaia sortzen dute eta oxigenoa isurtzen dute. Horretarako, eguzkiaren energia baliatzen dute.

«Katalizatzaileak erabiltzen dituzte», osatu du azalpena Iker Agirrezabal ikertzaileak. Landareen kasuan, entzimak dira katalizatzaileak, erreakzio kimikoak azkartzen dituzten molekulak, katalisia egiten dutenak. Gainera, ur molekulak hautsi egiten dituzte, eta oxigenoa sortzen dute. «Entzima horiek karbono dioxidoa eta ura katalizatzen dituzte, giro tenperaturan. Gainera, biomasa eta oxigenoa sortzen dituzte. Alegia, urrats bakarrean egiten dituzte erreakzio eta bereizketa».

Natura imitatzea, ordea, zaila da. Aspaldiko ametsa da fotosintesi artifiziala edo sintetikoa lortzea, baina, urratsak egin badira ere, amets izaten jarraitzen du.

Iker Agirrezabal ikertzaileak eta taldekideek fotosintesia izan dute euren ikerketa proiektuaren abiapuntu eta inspirazio. Material bat sortu nahi dute, argia baliatuz erreakzio kimikoak egiteko eta elementuak bereizteko gai izango dena, biak batera. Ideia berritzailea da, gaur egun ez baitago halako materialik.

Zehazki, material bat sortu nahi dute, ur edo karbono dioxido molekulak hidrogeno edo karbono monoxido bihurtzeko. Zailtasun bat gehiago ere jarri diote ikerketa proiektuari: guztia giro tenperaturan lortzea. «Molekulak hautsi egin behar dira, eta oso zaila da giro tenperaturan haustea».

Hidrogenoa eta karbono monoxidoa aukeratu dituzte, biek hainbat aplikazio dituztelako, bai industria kimikoan, bai beste batzuetan. Hidrogenoa, esaterako, boladan dago, bioerregai gisa. Gaur egun, hidrogenoa elektrolisi bidez sortzen da, baina energia asko behar izaten da, eta sortutako hidrogeno horri kolore bat ezartzen zaio, hura sortzeko moduaren —erabilitako energia motaren— arabera.

CATART izena du Iker Agirrezabal Telleriak (Segura, Gipuzkoa, 1984) zuzenduko eta koordinatuko duen ikerketa proiektuak. EHUren Bilboko Ingeniaritza Eskolako ikertzailea eta irakasle agregatua da Agirrezabal: Ingeniaritza Kimikoa eta Ingurumenaren Ingeniaritza Saileko Supren (Sustainable Process Engineering) ikerketa taldeko ikerlaria. Europako Batzordearen 3,2 milioi euroko laguntza jaso dute, Horizon EIC 2021 Pathfinder Open 01 programatik. Lau urterako laguntza da.

Zortzi bazkide izango dira proiektuan: bost unibertsitate, ikerketa zentro bat, enpresa bat eta industria bazkide bat. EHUko Bilboko Ingeniaritza Eskolako Supren ikerketa taldea arduratuko da proiektuaren zuzendaritzaz. Bertan egingo dira erreakzio kimikoak, eta materialak probatuko dira.

«Gure helburua da hidrogenoa sortzea, baina teknologia berri batekin, eta gaur egun egiten dena baino baldintza askoz ere leunagoekin», laburbildu du Agirrezabalek asmoa. Horretarako material berri bat diseinatu behar dute.

Katalisia eta egitura

Material horrek bi ezaugarri nagusi eduki behar ditu: katalisia baliatu behar du —kasu honetan fotokatalisia— eta egitura zehatz bat izan behar du, ur molekuletatik hidrogenoa hobeto bereizteko.

Agirrezabal zutitu egin da, eta bilera gelako arbela baliatu du azalpenak marrazki batekin osatzeko. «Pentsa material porotsu bat dela», esan du, eta zabalera ezberdineko kanalak lituzkeen egitura bat margotu du: ura alde batetik sartuko litzateke; katalisiaren eraginez oxigeno eta hidrogeno bihurtuko litzateke; eta hidrogenoa kanal batzuetatik aterako litzateke, eta oxigenoa beste batzuetatik. «Hidrogenoa oxigenoa baino molekula txikiagoa da eta, beraz, jolastu behar dugu poroen tamainarekin», zehaztu du. Hidrogenoa pasatzeko eta oxigenoa, ez.

Mintz batekin alderatu du Agirrezabalek: «Mintz batek egiten duen funtzioa da. Naturak, ordea, erreakzio kimikoa eta mintza uztartu egiten ditu. Oso zaila da hori sintetikoki egitea».

Badakite material berri horrek karbonoz eta nitrogenoz osatuta egon beharko duela batez ere. Gero, baita metalen bat ere, askoz ere neurri txikiagoan. Metal bikainak saihestu nahi dituzte, (platinoa, paladioa...) eta ohikoago eta merkeago batzuk erabili (nikela, kobaltoa, kobrea...). Erronka da karbono eta nitrogeno konposizioa, antolaketa eta egitura egokia asmatzea. Eskala nanometrikoan lan egingo dute. Atomoz atomo eraikitako egiturak izango dira.

Material berri hori sortzeko normalean kimikarekin lotzen ez den teknologia berri bat izango dute bidelagun: adimen artifiziala. Funtsezkoa izango da. «Berez, guk badakigu neurri jakin bateko poroak nahi baditugu, sintesi errezeta bat jarraitu behar dugula, erreaktibo mota batzuk jarri behar direla, tenperatura jakin batean», azaldu du CATART proiektuaren zuzendariak. «Baina hain propietate konplexuak dituen material bat nahi badut, gizakia iragartzeko gai ez dena, hainbeste konbinazio posible dituena, adimen artifiziala behar dugu».

Ikertzaileek ezaugarriak eta baldintzak eman, eta laborategiko robot batek diseinatuko du materiala. Material horien arteko interakzioak aintzat hartu beharko ditu. Glasgowko Unibertsitateko Chemify start-up-a arduratuko da robota sortzeaz. Robotak materialak diseinatu eta gero, laborategian probatu beharko dituzte, erabilgarriak diren edo ez jakiteko.

EHUz eta Chemifyz gain, ikerketa proiektuak beste sei bazkide ditu: Paviako Unibertsitateak (Italia) materialen joerak aztertuko ditu, material batek beste batek baino hidrogeno gehiago zergatik sortzen duen, esaterako; Eindhovengo Unibertsitateak (Herbehereak) materialen propietate fisikoak ikertuko ditu; Berlingo Max Planck Institutuak, propietate kimikoak; Amsterdamgo Unibertsitatea fotonikaz arduratuko da, ez baita ahaztu behar, naturan bezala, fotoiak baliatu nahi dituztela prozesuan; Johnson Matthey enpresa ingelesak katalizatzaileak diseinatzen eta egiten ditu; eta Glasgowko Unibertsitateak ere parte hartuko du ikerketan.

Materiala helburu

Proiektuaren erakargarritasunetako bat da hidrogenoa giro tenperaturan sortzeko gai izan daitekeela, energia kontsumo handirik gabe. Hala ere, Agirrezabalek zehaztu du proiektuaren helburua gehiago dela teknologia edo materiala, hidrogenoa eta karbono monoxidoa sortzea baino: «Adibide gisa erabiliko ditugu, teknologia garatzeko. Badakigu hidrogenoak aplikazioa izango duela, eta, beraz, horrek ahalbidetzen digu materialean zentratzea, ez izan dezakeen aplikazioan».

Oinarrizko ikerketa da. Badakite zer nahi duten, baina ez zer lortuko duten edo noraino iritsiko diren. Hainbat hipotesi aipatu ditu Agirrezabalek: material hori hidrogenoarentzat eta karbono monoxidoarentzat hain ona ez izatea, espero ez duten produktu bat sortzea...

Zer egiteko aukera ematen dute 3,2 milioi eurok? Ikertzaileak kontratatzeko aukera batez ere: CATART proiektuan doktoretza osteko ikertzaile bat eta doktore tesia egiten ari den ikasle bat kontratatuko dituzte. Gainerakoa, laborategiko gastuak ordaintzeko.

«Diru asko eman dezake», argitu du Agirrezabalek, «baina ez da hainbeste ingeniaritza kimikoari lotutako proiektu batentzat». Izan ere, tresna berriak erosiko dituzte, eta proiektuaren probetako batzuk haien laborategietatik kanpo egin —eta ordaindu— beharko dituzte. «Gastu askoko proiektua da». Hala ere, Europatik jaso dezaketen laguntza garrantzitsuena da, nabarmendu duenez.

Europatik jaso dute laguntza. Zailagoa da Euskal Herriko erakunde eta enpresek halako ikerketa proiektu bat laguntzea. «Gure inguruko enpresak nahiko tradizionalak dira alde horretatik», Agirrezabalen iritziz. «Interesatuta egon daitezke, betiere emaitzen arabera. Ideiak, garatu baino gehiago, garatu eta gero erosten dituzte, batez ere industria kimikoan. Europako beste enpresa batzuetan ez da hori gertatzen».