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.
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