Asturianas con Ciencia-Catalizadores para un futuro sostenible

Hace algunas semanas que en el periódico La Nueva España se publican artículos de divulgación a cargo de científicas asturianas. Esta semana ha sido mi turno, así que os dejo con la transcripción del artículo, puesto que el enlace original solo está disponible para suscriptores.



Catalizadores para un futuro sostenible

Lo sé, sé que sus cerebros al oír la palabra carbón oscilan entre un cierto cariño al material por ser un mineral que en el fondo nos da identidad como asturianos o pensar en ese combustible sucio, contaminante y no renovable que ahoga a nuestro planeta. Y sé que al pensar en el Instituto Nacional del Carbón piensan en las piedras negras que se extraen de nuestras minas.
Sin embargo, como ya se ha escrito en esta sección hace unas pocas semanas, la investigación que se lleva a cabo en el INCAR va mucho más allá de este material, trasciende incluso los materiales de carbono y busca en definitiva un desarrollo energético más limpio y con combustibles más sostenibles, que se extiende además,  a la protección del agua y al desarrollo de materiales para otras aplicaciones de carácter energético y medioambiental.
A mí me gusta decir que nuestro laboratorio es la oveja blanca del INCAR, dando por sentado que el negro es un color bien visto en nuestro centro, porque nuestros esfuerzos se dirigen más hacia otro tipo de materiales diferentes del carbón. Llevamos más de una década dedicados al desarrollo de catalizadores soportados, en los que la fase activa es un óxido inorgánico. Un catalizador no es más que una sustancia que acelera una reacción, sin consumirse durante la misma, y en muchos casos favoreciendo que las reacciones bajo estudio puedan acometerse en condiciones de temperatura (a veces también presión) más moderadas, en ocasiones mejorando la selectividad de los procesos. Un catalizador puede presentarse bajo muchas formas, polvo, pellets (polvo prensado con diferente morfología y tamaños de varios milímetros) o formando parte de una estructura mayor, monolitos o materiales estructurados. Como decía hace un momento nosotros trabajamos con catalizadores soportados pues presentan una serie de ventajas frente a los catalizadores en forma de polvos o pellets; entre estas ventajas cabe destacar que utilizar catalizadores monolíticos previene la existencia de caídas de presión en el sistema de reacción que tengamos (importante sobre todo cuando pensamos en aplicaciones de gran tamaño) por tanto vamos a tener sistemas más seguros y sistemas en los que el coste energético será menor y además estos catalizadores serán más fáciles de manejar y sustituir cuando sea preciso. El tipo de soporte elegido puede, además, proporcionar ventajas adicionales; un ejemplo de esto es la utilización de mallas metálicas como soporte, al ser metálicas van a permitir una buena transmisión de calor en todo el sistema, por tanto la temperatura se mantendrá constante sin que se produzcan zonas calientes en las cuales puedan producirse reacciones no deseadas.
En nuestro laboratorio nos hemos especializado en la producción de catalizadores para reacciones heterogéneas, es decir, aquellas en las que intervienen al menos dos fases diferentes, típicamente sólido/gas o sólido/líquido y una de las características más importantes que han de tener estos materiales es que su superficie ha de ser lo más grande posible, puesto que así se favorecerá el desarrollo de la reacción que tiene lugar en la superficie de contacto entre el sólido y la fase gas/líquido. Hemos aprendido a fabricar materiales de distinta naturaleza, aplicando métodos diferentes, pero sin perder de vista esta característica final de elevada superficie, y manteniendo además un ojo puesto en la facilidad de escalado de nuestros procedimientos de síntesis y en la utilización de precursores y procedimientos de bajo coste y sostenibles, lo que implica evitar en lo posible la utilización de grandes cantidades de disolventes o productos de difícil gestión como residuos y procedimientos de pequeño coste energético. Así hemos obtenido un variado catálogo de catalizadores que hemos probado en diferentes procesos, en función de su composición.
En los últimos años nos hemos centrado en dos tipos de procesos diferentes, uno en fase gaseosa y otro en medio líquido. En primer lugar, usamos algunos de nuestros catalizadores para estudiar la producción de hidrógeno a partir de alcoholes. El hidrógeno se considera una de las alternativas más interesantes para la sustitución de los combustibles fósiles en vehículos, junto con los vehículos eléctricos, aunque es innegable que estos últimos están ganando posiciones en los últimos años debido al aumento de durabilidad de sus baterías. Como el hidrógeno es un gas existen ciertas dificultades para la sustitución directa de la gasolina que se pueden solventar mediante la utilización de una mezcla alcohol/agua (que evidentemente es un líquido y que tiene que ser obtenido a partir de biomasa para considerarlo una opción sostenible) y la producción de hidrógeno directamente en el propio vehículo. La ventaja que presenta esta configuración es que el volumen del depósito sería muy similar al actual y que la utilización de mezclas alcohol/agua evitaría tener que obtener el alcohol puro, como sucede actualmente en los vehículos que utilizan biocombustibles alcohólicos, lo que reduce significativamente el coste de obtención del alcohol. Este hidrógeno debería alimentar una pila de combustible en el futuro, por lo que es necesario que tenga una gran pureza y por ello también hemos estudiado las reacciones de purificación de las corrientes de hidrógeno obtenidas.
La otra gran familia de aplicaciones que estamos estudiando está relacionada con la utilización de luz para reducir la contaminación de nuestras aguas. Uno de los retos a los que nos enfrentamos en este siglo es la protección de la calidad del agua, y para ello es necesario llevar a cabo tratamientos cada vez más efectivos para asegurar la eliminación de compuestos que están en pequeñas cantidades pero cuya acumulación en el medio ambiente puede producir efectos muy adversos. Para ello se utiliza una familia especial de catalizadores denominados fotocatalizadores que se activan en presencia de luz, idealmente en presencia de luz visible, si bien hasta ahora la mayor parte de los fotocatalizadores disponibles son activos bajo condiciones de irradiación ultravioleta. De nuevo la utilización de fotocatalizadores soportados presenta muchas ventajas de manejo frente a presentaciones en polvo. Y estos catalizadores se caracterizan por ser capaces de degradar completamente las pequeñas cantidades de contaminantes orgánicos presenten en nuestras aguas residuales que son difícilmente tratables por las tecnologías que se utilizan en la actualidad.
Todos los procesos que estudiamos en nuestro laboratorio pueden enmarcarse dentro de los objetivos de desarrollo sostenible de Naciones Unidas, al igual que mucha de la actividad que desarrollan nuestros colegas, lo que sin duda ha de cambiar el color del cristal con el que mirar al Instituto Nacional del Carbón.