Dado su tamaño, fuerza y ​​propiedades eléctricas, nanotubos de carbono - diminutos, cilindros huecos hechos de átomos de carbono:prometedores para una amplia gama de aplicaciones en electrónica, medicina y otros campos. A pesar del desarrollo industrial de los nanotubos en los últimos años, sin embargo, se sabe muy poco sobre cómo se forman o los impactos ambientales de su fabricación.

Resulta que un proceso comúnmente utilizado para producir nanotubos de carbono, o CNT, puede liberar varios cientos de toneladas de productos químicos, incluidos los gases de efecto invernadero y los contaminantes atmosféricos peligrosos, en el aire cada año. En un artículo publicado la semana pasada sobre el ACS Nano sitio web, los investigadores informan que en experimentos, eliminar un paso en ese proceso, un paso que implica calentar gases a base de carbono y agregar "ingredientes" reactivos clave, redujo las emisiones de subproductos nocivos al menos diez veces y, en algunos casos, por un factor de 100. También redujo a la mitad la cantidad de energía utilizada en el proceso.

“Pudimos hacer todo esto y todavía tenemos un buen crecimiento de CNT, ”Dice Desiree Plata, quien dirigió la investigación entre 2007 y 2009 como estudiante de doctorado en el programa conjunto del MIT con la Institución Oceanográfica Woods Hole. Ahora es profesor asistente invitado en los Departamentos de Aeronáutica y Astronáutica e Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT, Plata colaboró ​​en el artículo con varios investigadores del MIT y de la Universidad de Michigan, incluido Philip Gschwend, Profesor Ford de Ingeniería en Europa Central y Oriental, y John Hart, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan. El estudio es parte de un esfuerzo a largo plazo para cambiar el enfoque del desarrollo de materiales para que los químicos ambientales trabajen con la joven industria de CNT para desarrollar métodos para prevenir o limitar las consecuencias ambientales indeseables.

En su estudio, Plata y sus colegas analizaron un proceso común de fabricación de CNT conocido como deposición de vapor químico catalítico. En este método, los fabricantes combinan hidrógeno con un "gas de materia prima, "Como el metano, monóxido de carbono o etileno. Luego calientan la combinación en un reactor que contiene un catalizador metálico como níquel o hierro, que luego forma CNT. El problema es que una vez que se forman los CNT, Los compuestos que no han reaccionado (hasta el 97 por ciento de la materia prima inicial) a menudo se liberan al aire.

Apagando el fuego

En un reactor a escala de laboratorio hecho a medida, los investigadores calentaron hidrógeno y etileno, que se utiliza comúnmente en la fabricación de CNT de alto volumen, y luego lo entregó a un catalizador metálico. Descubrieron que se formaron más de 40 compuestos, incluidos los gases de efecto invernadero como el metano y los contaminantes atmosféricos tóxicos como el benceno.

Los investigadores sospecharon que no todos esos compuestos eran esenciales para el crecimiento de CNT, y sabían que calentar el gas de la materia prima juega un papel fundamental en la creación de compuestos peligrosos. Entonces combinaron etileno e hidrógeno sin calentar con varios de los 40 compuestos, uno a uno, para ver qué combinación de compuestos condujo al mejor crecimiento. Observaron que ciertos alquinos, o moléculas que tienen al menos dos átomos de carbono unidos con tres enlaces distintos, produjo el mejor crecimiento, mientras que otros compuestos que son subproductos indeseables, como el metano y el benceno, No.

Plata y sus colegas lograron su drástica reducción tanto de las emisiones nocivas como del consumo de energía al afectar los alquinos a temperatura ambiente, con etileno e hidrógeno, directamente sobre el catalizador metálico, sin calor. También aprendieron que podían reducir la cantidad de etileno e hidrógeno utilizados entre un 20 y un 40 por ciento. respectivamente, y aún lograr la misma tasa y calidad de crecimiento de CNT. Plata dice que si bien los resultados de los experimentos de laboratorio son difíciles de generalizar, en un mercado que se espera que alcance varios miles de millones de dólares en varios años, estos cambios podrían traducirse en “ahorros de costos significativos” para los fabricantes.

Reacción de la industria

Aunque es demasiado pronto para que los fabricantes adopten el método presentado en el documento, David Lashmore, vicepresidente y director de tecnología de Concord, Nanocomp Technologies con sede en N.H., dice que el método es algo que su empresa está dispuesta a probar mientras busca formas de minimizar los efectos ambientales de su proceso de producción. “Esto es de gran interés para nosotros y podría tener un gran impacto en la economía de nuestros procesos, ”, Dice.

Plata señala que el estudio del MIT analizó solo uno de varios gases de materia prima utilizados para producir CNT, y que se debe hacer el mismo análisis para los demás. Pero por su parte, ahora se centra en cómo se forman los CNT, tratando de determinar la interacción precisa del catalizador metálico y los hidrocarburos en este proceso. Conocer el papel del catalizador podría ayudar a los investigadores a manipular la formación de las CNT átomo por átomo, con mucha más precisión de lo que pueden hacerlo ahora. ella dice.