Alrededor del 10-15% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero provienen de la producción química. Además, las plantas químicas consumen más del 10% del consumo energético mundial. La industria química se enfrenta a "posibilidades incomparables" para cambiar los procesos químicos del futuro. El metal líquido podría ser la solución tan esperada para "hacer más ecológica" la industria química; los investigadores han probado una nueva tecnología que esperan pueda reemplazar los procesos de ingeniería química que consumen mucha energía a principios del siglo XX.
Los hallazgos, publicados recientemente en la revista Nature Nanotechnology, proporcionan un enfoque innovador muy necesario que se aleja de los catalizadores anticuados y de alto consumo energético fabricados a partir de materiales sólidos. La investigación fue dirigida por el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, decano de la Facultad de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Sydney, y el Dr. Junma Tang, que trabaja conjuntamente en la Universidad de Sydney y la Universidad de Nueva Gales del Sur.
Un catalizador es una sustancia que hace que una reacción química ocurra más rápido y más fácilmente sin participar en la reacción. Los catalizadores sólidos suelen ser metales sólidos o compuestos de metales sólidos y se utilizan habitualmente en la industria química para fabricar plásticos, fertilizantes, combustibles y materias primas.
Sin embargo, la producción de sustancias químicas mediante procesos sólidos requiere mucha energía y temperaturas de hasta mil grados centígrados. El nuevo proceso utiliza metal líquido, en este caso estaño y níquel disueltos, lo que les otorga una movilidad única que les permite migrar a la superficie del metal líquido y reaccionar con moléculas de entrada como el aceite de canola. De esta manera, las moléculas de aceite de canola se hilan, se rompen y se vuelven a ensamblar en cadenas orgánicas más pequeñas, incluido el propileno, un combustible de alta energía vital para muchas industrias.
"Nuestro método ofrece posibilidades incomparables para reducir el consumo de energía y hacer más ecológicas las reacciones químicas en la industria química, que se espera que represente más del 20% de las emisiones en 2050", afirmó el profesor Kalantar-Zadeh. "Pero la fabricación de productos químicos tiene mucha menos visibilidad que otras industrias; un cambio de paradigma es fundamental".
En comparación con los sólidos, los átomos de los metales líquidos están dispuestos de forma más aleatoria y tienen mayor libertad de movimiento. Esto les facilita entrar en contacto y participar en reacciones químicas. En teoría, pueden catalizar reacciones químicas a temperaturas más bajas, lo que significa que requieren mucha menos energía.
En el estudio, los autores disolvieron níquel y estaño de alto punto de fusión en un metal líquido a base de galio con un punto de fusión de sólo 30 grados centígrados.
"Al disolver el níquel en galio líquido, podemos obtener níquel líquido a temperaturas muy bajas, actuando como un 'súper' catalizador. En comparación, el níquel sólido tiene un punto de fusión de 1.455 grados Celsius. El estaño metálico en galio líquido tiene el mismo efecto, pero en menor medida", afirmó el Dr. Tang.
Estos metales están dispersos atómicamente en disolventes metálicos líquidos. Por tanto, podemos utilizar catalizadores de un solo átomo. "Los átomos individuales representan la mayor superficie disponible para la catálisis, lo que proporciona ventajas significativas a la industria química", dijo el Dr. Arifur Rahim, autor principal e investigador de DECRA en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular.
Los investigadores dicen que su fórmula también podría usarse en otras reacciones químicas mediante el uso de un proceso de baja temperatura para mezclar los metales. Requiere temperaturas tan bajas para catalizar que, en teoría, podríamos hacerlo incluso en una estufa de gas en la cocina, pero no intente esto en casa.
Fuente compilada: ScitechDaily