Los metales líquidos podrían ser la solución tan esperada para "hacer más ecológica" la industria química, según investigadores que probaron una nueva técnica que esperan pueda reemplazar los procesos de ingeniería química que consumen mucha energía y se remontan a principios del siglo XX.
La producción de productos químicos representa aproximadamente entre el 10% y el 15% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero. Más del 10% de la energía total del mundo también se utiliza en fábricas de productos químicos.
Hallazgos publicados en Nature Nanotechnology Ofrecer una innovación muy necesaria que se aleja de los viejos catalizadores que consumen mucha energía y están fabricados a partir de materiales sólidos. La investigación está dirigida por el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, director de la Escuela 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 UNSW.
Un catalizador es una sustancia que hace que las reacciones químicas se produzcan más rápido y más fácilmente sin participar en la reacción. Los catalizadores sólidos, normalmente metales sólidos o compuestos sólidos de metales, se utilizan habitualmente en la industria química para fabricar plásticos, fertilizantes, combustibles y materias primas.
Sin embargo, la producción química mediante procesos sólidos consume mucha energía y requiere temperaturas de hasta mil grados centígrados.
En cambio, el nuevo proceso utiliza metales líquidos, en este caso disolviendo estaño y níquel, lo que les da una movilidad única, permitiéndoles migrar a la superficie de los metales líquidos y reaccionar con moléculas de entrada como el aceite de canola. Esto da como resultado la rotación, fragmentación y reensamblaje de las moléculas de aceite de canola en cadenas orgánicas más pequeñas, incluido el propileno, un combustible de alta energía crucial para muchas industrias.
"Nuestro método ofrece una posibilidad incomparable a la industria química para reducir el consumo de energía y hacer reacciones químicas más ecológicas", afirmó el profesor Kalantar-Zadeh.
"Se espera que el sector químico represente más del 20% de las emisiones para 2050", afirmó el profesor Kalantar-Zadeh. "Pero la fabricación de productos químicos es mucho menos visible que otros sectores; un cambio de paradigma es vital".
Los átomos de los metales líquidos están dispuestos de forma más aleatoria y tienen mayor libertad de movimiento que los sólidos. Esto les permite entrar fácilmente en contacto y participar en reacciones químicas. "En teoría, pueden catalizar sustancias químicas a temperaturas mucho más bajas, lo que significa que requieren mucha menos energía", afirmó el profesor Kalantar-Zadeh.
En su investigación, 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° centígrados.
"Al disolver el níquel en galio líquido, obtuvimos acceso al níquel líquido a temperaturas muy bajas, actuando como un 'súper' catalizador. En comparación, el punto de fusión del níquel sólido es de 1.455° centígrados. El mismo efecto, en menor grado, también se experimenta para encontrar estaño metálico en galio líquido", afirmó el Dr. Tang.
Los metales se dispersaron en disolventes metálicos líquidos a nivel atómico. "Así que tenemos acceso a catalizadores de un solo átomo. Un solo átomo es la superficie de mayor accesibilidad para la catálisis, lo que ofrece una ventaja notable para la industria química", dijo el Dr. Arifur Rahim, autor principal y miembro de DECRA en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular. .
Los investigadores dijeron que su fórmula también podría usarse para otras reacciones químicas mezclando metales mediante procesos de baja temperatura.
"Se requiere una temperatura tan baja para catalizar que, en teoría, incluso podríamos hacerlo en la cocina con la estufa de gas, pero no intente eso en casa", dijo el Dr. Tang.
Más información: Configuraciones dinámicas de átomos metálicos en estado líquido para la síntesis selectiva de propileno, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01540-x
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Sydney
