Surge una nueva forma de retirar compuestos del petróleo que contaminan el ambiente. Esta buena noticia proviene de la nanotecnología, un campo emergente de la investigación mundial, en el cual se trabaja átomo por átomo. El profesor Jairton Dupont, de la Universidad Federal de Río Grande do Sul (UFRGS), desarrolló nanocatalizadores que permiten disminuir la concentración de los compuestos aromáticos durante las fases de refinación del petróleo en las cuales aparecen la gasolina y el benceno. De esta manera, la combustión de los motores de gasolina, por ejemplo, será más completa, sin dejar en el aire residuos que pueden ser cancerígenos y que contribuyen para la formación de lluvia ácida. Estos nanocatalizadores operan en un proceso de catálisis (que modifica la velocidad de una reacción química) que resulta en el ciclo-hexano, una molécula mucho menos perjudicial para el medio ambiente.
Los nanocatalizadores recientemente formulados en el Laboratorio de Catálisis Molecular de la UFRGS son grupos de partículas con alrededor de 300 átomos de iridio – un elemento químico que en la tabla periódica se encuentra en el grupo de los metales de transición, arriba del rodio, el rutenio y el osmio, con un diámetro medio de 2 nanómetros (un nanómetro corresponde a una millonésima de milímetro). Estos grupos, llamados nanoclusters, son importantes debido a que pueden sustituir a los solventes orgánicos utilizados en los dispendiosos procesos industriales llevados a cabo en las refinerías para eliminar los compuestos aromáticos.
Al reemplazar a los solventes orgánicos, los nanocatalizadores disminuyen los costos industriales, y también resuelven otros problemas de orden operativo en las refinerías. Los solventes son sustancias de trato difícil, como la acetona, que sirve tanto para quitar el esmalte de las uñas como para purificar cocaína – razón por la cual su uso está siendo controlado. Los nuevos catalizadores son agentes de estabilización llamados líquidos iónicos derivados de una sustancia química que lleva el nombre de imidazol. Desarrollado por el grupo de Dupont y por el profesor Roberto de Souza, también del Instituto de Química de la UFRGS, y patentado en 1996 conjuntamente con Petrobras, el líquido iónico prepara y estabiliza a las nanopartículas de iridio que catalizan las reacciones de hidrogenación (adición de átomos de hidrógeno a los compuestos aromáticos).
Un artículo científico con la descripción del catalizador y del mecanismo de actuación fue aceptado en el Journal of the American Chemical Society, uno de los más conceptuados periódicos especializados del mundo. Sintéticamente, la reacción – exitosa a escala experimental – se produce de la siguiente forma: las olefinas, también surgidas de la refinación del petróleo, son añadidas al líquido iónico, en el cual se encuentran los nanocatalizadores y el hidrógeno gaseoso. Como resultado de esto, los aromáticos ganan átomos de hidrógeno y son convertidos en hidrocarburos.
Según Dupont, los productos finales pueden retirarse fácilmente por decantación, en donde el producto de la hidrogenación se separa del líquido iónico que contiene las nanopartículas (catalizador), en un proceso equivalente a la separación del aceite del agua. Asimismo, el catalizador puede ser reaprovechado y las reacciones pueden realizarse en condiciones amenas de presión y temperatura (60ºC y apenas 2 atmósferas). Los catalizadores empleados normalmente en este tipo de reacción, dice Dupont, funcionan a temperatura y presión elevadas (300ºC y entre 150 y 200 atmósferas).
Por casualidad
Dupont contó hasta febrero con el apoyo financiero del Fondo Nacional del Petróleo (CTPetro) y, en estos momentos, negocia la patente y la producción a escala comercial con una gran empresa. “Ni me imaginaba que podría inclinarme hacia ese lado”, dice. Fue por casualidad, hace nueve meses, tras 15 años de trabajo en catálisis, que Dupont se interesó por la nanotecnología, al sentirse intrigado ante “una reacción que inesperadamente formó partículas nanométricas y funcionó maravillosamente bien”. Pasaron semanas hasta que él entendió qué estaba sucediendo y para asegurarse de que había descubierto catalizadores heterogéneos “solubles”.
La investigación en este campo alimenta ahora tesis y disertaciones, al margen de haber consolidado la colaboración con los grupos de los profesores Paulo Fichtner y Sérgio Teixeira, del Instituto de Física de la UFRGS, que han participado en la caracterización de las nanopartículas. El grupo sabe que no basta con eliminar los aromáticos. En el petróleo existen también compuestos sulfurados y nitrogenados que también deben ser eliminados.
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