Podrían emplearse en la fabricación de bienes industriales, en la industria farmacéutica y en el desarrollo de combustibles
Un grupo de ingenieros y químicos norteamericanos ha logrado desarrollar un método para crear propiedades catalíticas en metales no empleados hasta el momento con ese fin. De esta manera, se pueden reducir en gran medida los costos implicados en este importante proceso, de amplia aplicación industrial y química. Además, se reducen las emisiones contaminantes y se optimiza la producción de energía
Ingenieros y químicos de la Universidad de Utah han avanzado en la creación de catalizadores más económicos y más eficientes en cuanto a la producción de energía y a la reducción en la emisión de gases contaminantes, causantes del calentamiento global. Estos nuevos catalizadores podrían emplearse en la fabricación de bienes industriales, en la industria farmacéutica y en el desarrollo de gasolinas y otros combustibles.
Vale destacar que los catalizadores son sustancias que permiten variar la velocidad de las reacciones químicas sin ser consumidas en el transcurso de dicha reacción. Los catalizadores se emplean para la fabricación de productos químicos y una enorme cantidad de productos industriales. Podría decirse que la economía mundial depende en cierta medida de ellos.
Sin embargo, a pesar de la gran importancia de estas sustancias y de su amplia utilización científica y tecnológica, hasta el momento nadie puede determinar que porción de las partículas del catalizador es la que provoca el aceleramiento o el retraso de las reacciones químicas.
Ese fue justamente uno de los puntos de partida de la investigación desarrollada en Utah por Scott Anderson, profesor de química, los estudiantes de doctorado Bill Kaden y William Kunkel y el especialista Tianpin Wu Kaden, principal autor del estudio. Los resultados del trabajo fueron publicados en una nota de prensa de la Universidad de Utah y en la edición del 6 de noviembre de la revista Science.
Entender los procesos catalíticos
De esta forma, el grupo de expertos se planteó el desafío de avanzar en el entendimiento de aquellos factores que controlan la actividad de los catalizadores, para de esta manera lograr el desarrollo de catalizadores más efectivos y económicos. Hasta el momento, metales nobles como el oro, el platino o el paladio eran empleados con este fin, algo que lógicamente incrementa en gran medida los costos.
Asimismo, en un catalizador en base a oro, la mayor parte del metal se encuentra inactivo, y solamente las nanopartículas que constituyen el 10 por ciento del mismo registran actividad. Esto significa que más del 90 por ciento del oro empleado en el catalizador se desaprovecha por completo.
En consecuencia, el desarrollo de catalizadores en los cuales el espacio ocupado por las partículas empleadas en las reacciones se encuentre optimizado podría permitir ahorrar el 90 por ciento del costo o incluso más. Ese parece ser el importante logro obtenido por estos ingenieros y químicos estadounidenses.
El propósito es desarrollar catalizadores con metales de base y mucho menos costosos, como por ejemplo el cobre, el níquel y el zinc. En otras palabras, la idea es tomar un metal que no tiene actividad catalítica y, al reducirlo al tamaño adecuado, provocar su conversión en catalizador.
El enfoque del trabajo desarrollado en Utah es tratar de identificar y comprender las razones por las cuales las partículas de determinados metales actúan como catalizadores y por qué una ínfima porción de los mismos es la que provoca las reacciones. Una de las certezas obtenidas por los investigadores es que las nanopartículas con propiedad catalítica no solamente afectan al catalizador en cuestión sino además a las propiedades electrónicas de las partículas implicadas.
Amplia aplicación industrial y química
Los catalizadores son utilizados en los procesos necesarios para la fabricación de gran parte de los productos y bienes industriales, desde polímeros y el desarrollo de gasolina hasta propulsores para naves espaciales. En números concretos, los catalizadores se utilizan en el 90 por ciento de los procesos de fabricación de productos químicos y en más del 20 por ciento de todos los productos industriales.
Sin embargo, hay un costado negativo desde el punto de vista ecológico: esos procesos consumen grandes cantidades de energía, según el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Al mismo tiempo, la industria produce el 21 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono, que tienen un papel crucial en el calentamiento global, con un 3 por ciento de ese total que proviene de la industria química.
Por lo tanto, la mejora de la eficiencia de los catalizadores es clave para el ahorro de energía y la reducción de las emisiones de dióxido de carbono. De esta manera, los especialistas indican que la investigación desarrollada en la Universidad de Utah resulta vital para la seguridad energética y para un mayor cuidado del medio ambiente, más allá de los beneficios económicos que supone.
Este estudio es la primera demostración de la fuerte correlación existente entre el tamaño y la actividad de un catalizador en una superficie de metal y las propiedades electrónicas del catalizador. En el marco de la investigación se emplearon distintas partículas de paladio de tamaños específicos, que interactuaron con dióxido de titanio.
