Nanotecnología

Por FERNANDO HERNÁNDEZ CÁCERES 

 La demanda de materias primas para satisfacer lo que algunos han llamado revolución nanotecnológica, tales como nanopartículas, nanotubos de carbono, fullerenos o puntos cuánticos ha aumentado exponencialmente en los  últimos años. El abastecimiento de las mismas ha pasado de una escala taller a una escala de producción industrial, lo cual ha hecho que los precios de las materias primas hayan descendido de forma considerable. Por ejemplo, un kilogramo de nanotubos de carbono multicapa costaba decenas de miles de euros hace pocos años, y ahora ese precio ha caído a unos cuantos cientos de euros. La tendencia de este tipo de materias primas es la de convertirse en simples bienes de consumo, siendo ahora una de las principales cuestiones la limitación de los recursos disponibles. Por ejemplo, el indio, utilizado en los monitores de pantalla plana, escasea cada vez más, por lo que la tecnología de óxido de indio y estaño (ITO) empleada en la producción de este tipo de monitores podría encontrarse en un callejón sin salida de cara al futuro. Algo parecido ocurre con los combustibles fósiles y, más concretamente, con el petróleo. Las recientes investigaciones en torno al biodiésel son un ejemplo de cómo la escasez de las materias primas obliga a la sociedad a avanzar en otra dirección. En el caso del biodiesel, por sí solo no soluciona el problema de la contaminación, y además su producción entra en conflicto con la producción alimentaria, de modo que a día de hoy estaríamos solventando un problema para crear otro aunque, y como muestra este artículo del blog, se está desarrollando biodiésel a partir de aceites animales y vegetales ya usados. En la naturaleza existen cantidades ingentes de materiales útiles y desaprovechados. Algunos, como las rocas y piedras, podrían cumplir un papel relevante en el campo de la nanotecnología. En este sentido, investigadores de Alemania han descubierto que la utilización de algunas nanoestructuras naturales presentes en rocas volcánicas se pueden emplear en la síntesis de nanomateriales y en la catálisis productora de butadieno y estireno. "El mensaje clave de nuestro trabajo es la utilización de partículas de óxido de hierro abundantes en minerales como catalizadores naturales para la formación de nanotubos, sin tratamiento previo de la lava; y el uso de compuestos de nanofibras de carbono como catalizadores, también sin tratamiento previo". El doctor Dang Sheng Su afirma que han demostrado un comportamiento correcto y estable del compuesto sintetizado en reacciones catalizadas. Debido a que el hierro existe en un gran número de minerales, arcillas y tierras, incluso en plantas, se abriría una nueva era para la producción económica de CNTs (nanotubos de carbono) inmovilizados y se extendería la aplicación potencial de CNTs, debido a su bajo coste, a otras áreas como la catálisis. Dang Sheng Su, un científico del Fritz Haber Institute of the Max Planck Society en Berlín, Alemania, junto con colegas de su instituto y miembros del Laboratorio de Física Molecular del Instituto Rudjer Boskovic de Zagreb, Croacia, han publicado sus descubrimientos en la edición online de Advanced Materials del 27 de agosto de 2008 bajo el nombre "Nanocarbonos de Lava-Monte-Etna para reacciones de dehidrogenación oxidativa". Además, trabajos anteriores de Dang Sheng Su abarcan la utilización de lava como soporte y catalizador de la síntesis de CNT y CNF (Nanofibra de carbono). En sus últimos experimentos, los investigadores encontraron la producción de CNT altamente eficiente, en escala de laboratorio, sin tratamiento químico previo de la piedra volcánica destrozada: 1.05 gramos de nanocarbonos pueden ser inmovilizados en 0.2 gramos de lava. La inmovilización de CNTs/CNFs sobre minerales sin preparación previa es "muy motivadora" en palabras de Su, ya que CNTs y CNFs son catalizadores altamente activos en reacciones químicas. En cualquier caso, los problemas técnicos, como puntos calientes o descensos de presión en un reactor, inducen el descenso de la reacción catalizadora, lo cual podría ser evitado mediante la inmovilización de nanocarbonos sobre el soporte. Por otra parte, la sintetización de CNTs y catalizadores para reacciones químicas en un paso y utilizando abundantes y naturales catalizadores reduciría drásticamente los costes de producción de CNTs.

En reacciones de prueba, los científicos de Max Planck eligen la dehidrogenación oxidativa de hidrocarbonos (ODH), esto es, la producción de butadieno a partir de 1-buteno, y estireno a partir de etilbenceno. La reacción posterior es una de los diez procesos de química industrial más importantes del mundo. El profesor Su indica que para una reacción 1-buteno a butadieno se observa una conversión de 1-buteno que llegue al 65% al comienzo de la reacción, mientras que esta cantidad aumenta y se estabiliza hasta el 80% tras diez horas. Después del periodo de activación se obtiene un betadieno estable de más del 50%. Para la producción de estireno a partir de etilbenceno, el ratio de conversión del etilbenceno se estabiliza en torno al 30% después de un breve periodo de desactivación al comienzo de la reacción; se logra una alta selectividad del estireno de más del 85% dado un campo de estireno del 25% aproximadamente. La lava pura no muestra ninguna reactividad significativa en la reacción de la muestra. Además, los científicos han descubierto que el ratio de reacción es mucho más acelerado cuando se usan CNTs, indicando la ventaja de CNTs inmovilizados para la catálisis. De forma similar, el ratio de reacción para el etilbenceno a estireno sobre CNTs inmovilizados es también mayor que cuando sólo se utilizan CNTs sueltos. Adicionalmente, el ratio de reacción obtenido para esta reacción es también superior que el de los catalizadores estudiados hasta la fecha. Aunque se trata de pruebas, parece que los catalizadores híbridos de carbono como los utilizados por los científicos de Max Planck tienen potencial para competir con los sistemas optimizados industrialmente y, más generalmente, que los abundantes materiales naturales desaprovechados pueden ser materiales útiles para la química, las catálisis y la nanotecnología.