Boletín
UNAM-DGCS-072
Ciudad Universitaria
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PARTICIPA
INVESTIGADOR DE
- Pedro Bosch Giral, del IIM, interviene en un proyecto auspiciado por
Inglaterra, Francia, España, Alemania, México, Cuba y Brasil
- La propuesta es aislar y encapsular pequeñas
cantidades de moléculas de hidrógeno en recipientes seguros
- Las investigaciones se realizan con zeolitas
minerales fascinantes: se pueden usar en naves espaciales y submarinos por
su porosidad.
Pedro Bosch Giral,
del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, participa en un
proyecto Alfa para el almacenamiento de gases a nivel nanométrico,
auspiciado por cuatro países europeos: Inglaterra, Francia, España y Alemania y
tres latinoamericanos: México, Cuba y Brasil.
“La idea es introducir y atrapar ciertos gases dentro de la red de
poros de algunos materiales zeolíticos”, comentó Boch Giral.
Los automóviles
funcionan con gasolina, un combustible excesivamente contaminante; si lo
hicieran con hidrógeno, el resultado de la combustión sería sólo vapor de agua
y nada más. Sin embargo, el hidrógeno es peligroso (se usó en los dirigibles,
con las consecuencias trágicas que todos conocemos). Por lo tanto, hay que
inventar una manera segura de almacenarlo.
“La propuesta más
interesante y factible –señala Bosch Giral– es aislar y encapsular pequeñas cantidades de
moléculas de hidrógeno en recipientes seguros, como se hace con las píldoras o
las cápsulas farmacéuticas, e ir sacándolas a medida que se necesiten.
Controlar la peligrosidad del hidrógeno ya sería un buen resultado”.
Se han hecho
experimentos con paladio, un metal ávido de hidrógeno. A medida que se va
necesitando hidrógeno, se le va arrancando al paladio. El problema es que el
hidruro de paladio es pesadísimo. Prácticamente, toda la energía que se
conseguiría a partir de la combustión del hidrógeno, se iría en transportar el
paladio en el automóvil.
En cambio, las zeolitas
son materiales relativamente ligeros y extremadamente porosos, y el hidrógeno,
o cualquier otro gas, podría ser almacenado, en pequeñas cantidades, dentro de
sus poros. Si los investigadores logran encapsular hidrógeno, o cualquier otro
gas útil, su manejo sería mucho más fácil, de tal modo que, en vez de que un
camión de gas llenara el tanque estacionario de la azotea, se compraría un
“ladrillito” de zeolita con el gas incorporado y se guardaría en la alacena...
Lo más novedoso de este
proyecto es el enfoque que le han dado los investigadores: ellos pretenden
llevar a cabo primero la teoría y luego los experimentos, cuando lo usual es
que sea al revés.
“El proyecto lleva apenas un año. Queremos hacer, por medio de
computadora, el diseño de la zeolita que retendría tal o cual gas, y después
sintetizar el material y determinar, con métodos vanguardistas de
caracterización (difracción de rayos X, microscopía
electrónica, adsorción de gases...), si la zeolita sintetizada se ajusta al
objetivo que perseguimos: encapsular gases de utilidad en la vida cotidiana”, comentó
Bosch Giral.
Las zeolitas (del griego
zein, hervir, y lithos,
piedra, “piedras que hierven”) son unos minerales fascinantes: se pueden usar
en naves espaciales y submarinos, como fertilizantes, como catalizadores en la
industria petroquímica o como aditivos para elaborar cementos que fragüen
mejor; también sirven para engordar peces, aves y ganado, retener desechos
radiactivos o enriquecer el aire con oxígeno.
“Su potencial de
aplicaciones no tiene más límite que la imaginación”, dice el investigador Pedro
Bosch.
Muchas de las peculiares
propiedades de las zeolitas no derivan tanto de su composición (aluminio,
silicio, oxígeno y sodio) como de su porosidad.
En efecto, poseen poros
en todas direcciones, es decir, una red porosa homogénea, similar a una
coladera, que explica su condición de tamices moleculares. Así, por ejemplo, si
se hace circular aire a través de una zeolita cuyos poros son un poco mayores
que las moléculas del oxígeno, pero menores que las del nitrógeno, las
moléculas de oxígeno pasarán, pero las de nitrógeno no, por lo que a la salida
habrá oxígeno y no nitrógeno. De ese modo, se obtendrá aire enriquecido con
oxígeno, el cual podrá ser aprovechado en aparatos para soldar, en filtros de
aire, en hospitales...
Restauración ecológica
“Las zeolitas –informa Bosch Giral–, se utilizan
ampliamente en la industria petroquímica como catalizadores óxidos. Son ideales
para realizar ciertos procesos, por ejemplo, de craqueo catalítico (rompimiento
de las moléculas del petróleo para obtener gasolina).”
También son útiles en
procesos de restauración ecológica, pues, además de actuar como tamices
moleculares (coladeras que limitan el paso de unas moléculas y favorecen el
tránsito de otras, como ya se dijo), contienen aluminio, el cual introduce una
descompensación en cargas electrónicas, misma que se tiene que compensar con un
catión, por lo general sodio.
Este catión queda
retenido débilmente en las zeolitas, debido a lo cual éstas pueden soltarlo
para adoptar otros cationes como el calcio o el magnesio. Tal efecto es muy
útil en lo que concierne a la retención de cationes que sean desechos
radiactivos, como el cesio, el cobalto o el estroncio.
Así se trataron grandes
cantidades de agua contaminada por los accidentes de la planta nuclear de Three Mile Island,
en Pensilvania, Estados unidos, y de la central
nuclear de Chernobyl, en Ucrania, en
Se pasó el agua
contaminada con átomos radiactivos a través de zeolitas, las cuales soltaron
sus cationes originales y retuvieron los átomos radiactivos. De ese proceso se
obtuvo un sólido que se trató con altas temperaturas (más de 900° C) para
destruir la estructura de las zeolitas y obtener materiales vítreos, de los
cuales ya no se puede escapar el material radiactivo. Esos materiales vítreos
son los que suelen depositarse en los cementerios nucleares.
Detergentes inocuos
Otra utilidad del
intercambio catiónico es la que se da en detergentes
que contienen zeolitas, los cuales ya se fabrican en Europa y Estados Unidos.
“Los detergentes comunes
y corrientes –explica Bosch Giral–,
contienen tripolifosfatos, cuya función es suavizar
el agua mediante la retención del calcio y el magnesio presentes en ella.”
Pero los tripolifosfatos son fertilizantes. Así, al arrojar los
detergentes a los lagos y ríos, los tripolifosfatos
propician el crecimiento del lirio y, por consiguiente, la muerte de los peces
por falta de oxígeno; ahora bien, esto se puede evitar, sustituyéndolos con
zeolitas.
En 1992, como parte del
Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED),
científicos iberoamericanos –de los cuales el grupo mexicano estuvo encabezado
por Bosch Giral–, lograron
sintetizar un tipo de zeolita que puede incorporarse a los detergentes para
retener el calcio y el magnesio del agua, y que, a diferencia de las zeolitas
naturales, tiene cristales redondeados, lo que impide que se incruste en la
ropa y la vuelva rígida, la desgaste o la rompa.
“A los detergentes no se
les agrega una zeolita natural, porque ésta tiene muchas impurezas y, además,
porque sus cristales suelen presentar muchas aristas, bordes afilados,
etcétera”.
Cabe decir que la
zeolita sintética desarrollada por Bosch Giral y sus colegas se depositó en el CONACyT
como una tecnología abierta para los industriales mexicanos; sin embargo, éstos
no la utilizan porque en el país no hay una legislación que prohíba el uso de
los tripolifosfatos en la fabricación de detergentes.
Extracción
y producción en el mundo
En 1997, se extrajeron tres
millones 625 mil toneladas de zeolitas naturales, de las cuales dos millones
500 mil correspondieron a China y 550 mil a Cuba.
De la producción anual
de zeolitas sintéticas en todo el mundo (alrededor de dos millones 700 mil
toneladas), 63 por ciento se dedica a detergentes,
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FOTO 01.
Las zeolitas se
utilizan ampliamente en la industria petroquímica como catalizadores óxidos.
Son ideales para el rompimiento de moléculas del petróleo para obtener
gasolina, afirman expertos de la UNAM.
FOTO 02
La propuesta del
proyecto donde intervienen expertos de la UNAM, es aislar y encapsular pequeñas
cantidades de moléculas de hidrógeno en recipientes seguros, e ir sacándolas a
medida que se necesiten.