Catalizadores sin metales en lugar de catalizadores a base de metales
El proyecto FREECATS (Doped carbon nanostructures as metal-free catalysts), financiado por la Unión Europea, pretendía mejorar el impacto ecológico de la fabricación de productos químicos y materias primas y, con ello, mejorar su sostenibilidad. Diez instituciones europeas de investigación trabajaron juntas para desarrollar materiales a base de carbono que pudiesen sustituir a los metales en procesos de catálisis. La catálisis es uno de los principales consumidores de metales preciosos, como el paladio y el platino. Muchas industrias de procesamiento se basan en catalizadores a base de metales nobles para acelerar reacciones y mejorar rendimientos. No obstante, los metales del grupo del platino no se encuentran de forma generalizada en Europa, lo cual impulsa a los investigadores a buscar una opción más abundante. Los catalizadores a base de carbono podrían ser exactamente lo que necesitan las industrias transformadoras. Este nuevo tipo de catalizadores sin metales pueden ser menos contaminantes, gracias a su mayor selectividad. En otras palabras, el riesgo de generar productos residuales indeseados que, además, puedan ser perjudiciales para el medio ambiente, se reduce de forma importante. FREECATS se centró en el desarrollo de catalizadores para celdas de combustible, la producción de olefinas y el tratamiento de aguas. Sustituir los catalizadores a base de platino en estas tres tecnologías dará lugar a una reducción importante de la alta demanda europea, en especial la del sector de la automoción. Los catalizadores con metales nobles son de uso común en el sector de la automoción, donde se utilizan convertidores catalíticos con metales del grupo del platino para limpiar los gases de escape. Esta podría ser una oportunidad única para una alternativa sin metales, pero los socios del proyecto no buscaban aplicaciones de los catalizadores con carbono para esta área. Utilizando la nanotectnología, con átomos como bloques constructivos, los investigadores construyeron estructuras de carbono tanto en forma de nanomateriales masivos como de estructuras organizadas jerárquicamente. Los nuevos materiales de carbono son nanotubos o nanofibras dopados con sustancias para cambiar su densidad electrónica. Los materiales de carbono estudiados con mayor frecuencia se doparon con nitrógeno y presentaron una actividad catalítica claramente distinta que la de sus equivalentes sin dopar. Sin embargo, también se pueden utilizar boro y fósforo, según la naturaleza de la reacción química que se desee catalizar. Los investigadores buscaron aplicaciones en futuros diseños de automóviles. En particular, los catalizadores de carbono se podrían utilizar en celdas de combustible, donde podrían generar energía mediante la reacción de oxígeno e hidrógeno. Actualmente, se consigue la reducción de oxígeno con la ayuda de catalizadores de platino, pero también se podrían utilizar catalizadores de carbono para esta reacción. La segunda aplicación con enormes posibilidades es la producción de olefinas. Estas se utilizan de forma generalizada en la industria química, como precursoras de las poliolefinas de materia prima polietileno y polipropileno. Los nuevos catalizadores son muy selectivos y dan lugar a más cantidad del compuesto deseado y menos de los productos intermedios indeseados. También se prevén posibles aplicaciones de la nueva tecnología de catálisis para el tratamiento de aguas, ya que los volúmenes de agua potable serían mayores. Al finalizar FREECATS, los investigadores habían demostrado las capacidades de los catalizadores de carbono en el nivel de planta piloto. Para los nuevos catalizadores sin metales de FREECATS, no era suficiente competir con los catalizadores existentes a base de metales nobles, que actualmente se consideran cruciales para muchas industrias. Distintas actividades de investigación de continuación se han centrado en mejorar todavía más su rendimiento.
Palabras clave
Catalizadores sin metales, nanotecnología, FREECATS; nanoestructuras de carbono, catálisis
