El camino hacia una catálisis limpia

Subvención de inicio del CEI para la catálisis sin metales raros o tóxicos

11.01.2022 - Alemania

El profesor de química Martin Oschatz, de la Universidad de Jena (Alemania), ha recibido una codiciada Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación para apoyar su trabajo pionero, según ha anunciado el ERC. Esta subvención, que proporciona hasta 1,5 millones de euros en cinco años, se concede anualmente a jóvenes investigadores para ayudarles a llevar a cabo una idea de proyecto innovadora. En el marco del proyecto "CILCat", el profesor Oschatz desea utilizar la financiación para revolucionar el proceso de catálisis, originado en Jena.

"Es un gran honor para mi grupo y para mí", dice el profesor Martin Oschatz sobre la subvención. Quiere utilizar la financiación de terceros, que asciende a unos 1,5 millones de euros, sobre todo para contratar a dos postdoctorales y cuatro estudiantes de doctorado.

"Con el Sr. Oschatz hemos ganado un científico muy activo en la investigación y la docencia", afirma el profesor Georg Pohnert, Vicepresidente de Investigación de la Universidad de Jena. "La concesión de la subvención de inicio del ERC lo confirma al más alto nivel europeo. Ya estamos deseando poner en práctica las ideas de investigación de primera clase del equipo de Oschatz", añade, expresando su aprecio por Oschatz, de 34 años, que lleva investigando en Jena desde el último semestre de invierno.

Desarrollar conceptos para la catálisis del futuro

En su innovador proyecto, Oschatz pretende desarrollar conceptos prometedores para la catálisis, "y al hacerlo, también quiero hacer realidad ideas no convencionales y completamente nuevas. Para hacer frente a los nuevos retos en los ámbitos de la energía y el medio ambiente, necesitamos primero nuevos enfoques fisicoquímicos", afirma Martin Oschatz. Y Jena es exactamente el lugar adecuado para que el joven químico realice este trabajo. Fue aquí donde Johann Wolfgang Döbereiner sentó las bases de lo que hoy llamamos catálisis hace ya 200 años. La producción de casi todas las sustancias químicas básicas y los productos derivados de ellas se basa en el principio de la catálisis. El desarrollo de nuevas formas de catálisis y catalizadores ha provocado repetidamente importantes cambios en los procesos técnico-químicos y, en muchos casos, ha hecho posible la fabricación de un producto específico en primer lugar. El principio de la llamada catálisis heterogénea se basa en el hecho de que pequeñas partículas, como moléculas o iones, se unen a la superficie de sustancias sólidas. Las partículas se "activan" por esta interacción, lo que significa que se acelera su conversión en otras sustancias, como se conoce, por ejemplo, por el catalizador de un coche, que convierte químicamente los gases de escape en sustancias inocuas.

Catálisis sin metales raros o tóxicos

"Sin embargo, a menudo se necesitan metales raros para los procesos catalíticos. Además, las partículas sólo pueden unirse a centros muy específicos de la superficie. Y además, las superficies de los metales son limitadas", dice Martin Oschatz, explicando algunos retos que quiere abordar en su proyecto de investigación. Junto con su equipo, quiere desarrollar el concepto de centros individuales catalíticamente activos hasta llegar a una superficie general catalíticamente activa, y hacerlo completamente sin metales raros, caros o tóxicos.

"Queremos conseguirlo creando cuasi 'estados de unión artificiales' de moléculas entre las superficies de los materiales de carbono porosos sostenibles y los líquidos compuestos por iones que están presentes en ellos", dice Oschatz, describiendo la idea de CILCat. "Para llevarlo a cabo, trabajaremos activando el nitrógeno, que es una molécula muy inerte. El producto será entonces el amoníaco, obtenido con la ayuda de agua y electricidad de fuentes de energía renovables. El amoníaco puede transformarse en fertilizante o en productos químicos básicos que pueden utilizarse, por ejemplo, para producir medicamentos", explica Oschatz, describiendo el objetivo del proyecto y las esperanzas asociadas de hacer que la química y sus procesos sean más sostenibles y menos dañinos.

Antecedentes: División del agua y síntesis del amoníaco en el reactor

Desde hace unos 100 años, el amoníaco se sintetiza a alta presión mediante el proceso Haber-Bosch. En este proceso, el hidrógeno, que se divide calentando el gas natural, se combina con el nitrógeno. Para ambos procesos se requieren altas temperaturas. En su investigación, Martin Oschatz está desarrollando materiales para catalizadores que permiten que estos procesos tengan lugar electroquímicamente a temperatura ambiente. De este modo, el aporte de energía puede realizarse con corriente eléctrica y modificarse de forma que pueda utilizarse agua como material de partida en lugar de hidrógeno. Así será posible combinar la división del agua y la síntesis del amoníaco en un reactor, lo que reducirá sustancialmente los costes. Un siglo después de su creación, la síntesis de amoníaco daría entonces un importante paso adelante.

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