Un novedoso proceso amplía el ciclo de vida de valiosos catalizadores: Una opción más ecológica para los fabricantes de productos químicos
El enfoque electroquímico ofrece una solución al reto de décadas de reciclar catalizadores homogéneos
Imagine una planta de reciclaje típica. Ahora imagine que la planta es un laboratorio de química, y que las latas de refresco aplastadas y las pilas de correo basura hasta la cintura han sido sustituidas por estructuras microscópicas que valen decenas de miles de dólares por gramo.
Xiao Su (derecha), profesor adjunto de ingeniería química y biomolecular e investigador del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, forma parte de un equipo que ha desarrollado una técnica electroquímica para reciclar catalizadores homogéneos de gran valor. La investigación, dirigida por los estudiantes de posgrado Stephen Cotty (centro) y Jemin Jeon (izquierda), ayudará a que la industria de fabricación de productos químicos sea más ecológica, asequible e innovadora.
Beckman Institute for Advanced Science and Technology
Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado una técnica electroquímica para reciclar catalizadores homogéneos de gran valor en un esfuerzo por hacer que la industria de fabricación de productos químicos sea más ecológica, asequible e innovadora.
Los catalizadores homogéneos son potentes herramientas muy utilizadas en la fabricación de productos químicos y farmacéuticos.
"Lo que hace que [los catalizadores homogéneos] sean increíblemente valiosos es su capacidad única de producir grandes volúmenes de productos químicos y materias primas de valor añadido", afirma Xiao Su, profesor adjunto de ingeniería química y biomolecular, investigador del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas e investigador principal del estudio.
La capacidad de reciclar catalizadores homogéneos sin destruir su actividad química ha sido un reto para los químicos e ingenieros químicos durante décadas.
Fabricados normalmente con metales del grupo del platino, el uso continuado de estos catalizadores a partir de cero requiere una extracción frecuente. Dado que estos metales del grupo del platino son escasos, hay que conservar su uso, dijo Su.
Durante las reacciones químicas, los catalizadores homogéneos suelen acabar en mezclas químicas complejas y son difíciles de separar de otros componentes. Los pocos métodos existentes para reciclar los catalizadores consumen mucha energía y su dependencia del calor tiende a destruir la propia estructura del catalizador, además de crear una gran huella de carbono.
"En la actualidad, muchas industrias no reciclan los catalizadores homogéneos debido a los costes y la complejidad del proceso; se limitan a tirarlos y a asumir el coste", explica Su. "Si el catalizador se recicla, el proceso puede ser muy caro e ineficiente, y la estructura del catalizador suele quedar destruida. En general, la carga recae sobre la minería, porque hay una necesidad continua de más de esos metales de platino".
El coste de la explotación minera persistente es absorbido por las empresas fabricantes, los usuarios finales y el medio ambiente debido al aumento de la producción de residuos.
El método de reciclaje propuesto por los investigadores, publicado en Science Advances, aplica un campo eléctrico a una superficie adaptada de forma única, denominada electrodo redox. Los catalizadores se separan de la mezcla química en la que se encuentran y se unen a la superficie bajo el campo eléctrico, sacándolos de la reacción en la que se encuentran y permitiendo su reciclaje. Para reutilizar el catalizador, un químico puede aplicar el campo eléctrico opuesto a la superficie del electrodo redox para liberar el catalizador en una nueva solución.
Con el proceso eléctrico, los catalizadores pueden reutilizarse durante muchos ciclos.
"Lo mejor de nuestro método de reciclaje es que se trata de un proceso puramente eléctrico", afirma Su. "Es un paso hacia la sostenibilidad de todo el proceso de fabricación y que la electricidad impulse las cosas en lugar del calor".
La transición de insumos energéticos basados en combustibles fósiles a insumos renovables para hacer funcionar este sistema de reciclaje apoya la visión de los ingenieros químicos sobre la electrificación.
"Nos entusiasma ver cómo estas aplicaciones electroquímicas afrontan los retos de la fabricación de productos químicos", afirma Su. "Con el tiempo, nos gustaría ver un proceso de fabricación de productos químicos totalmente sin residuos y de alta eficiencia energética".
La capacidad de reciclar catalizadores no sólo beneficia al medio ambiente, sino que impulsa la innovación. A pesar de la existencia de varios catalizadores homogéneos, su actual incapacidad para ser reciclados eficazmente los hace muy caros, lo que limita su uso industrial generalizado.
"Lo que estamos haciendo ahora es hacer que estos catalizadores tan potentes sean factibles y baratos para su uso en reacciones importantes", dijo Su. "Si somos capaces de poner en práctica este sencillo método de recuperación de catalizadores, nuestra tecnología puede permitir que se realicen nuevas reacciones que de otro modo serían demasiado costosas. Así que es de esperar que podamos abrir nuevas formas más ecológicas de hacer cosas que hoy no son posibles".
Hasta ahora, los investigadores de la universidad han demostrado su proceso de reciclaje en catalizadores de metales del grupo del platino seleccionados. El siguiente paso es aplicar el método a clases más amplias de metales del grupo del platino, así como a otros catalizadores de metales del grupo de transición.
"Como ingenieros químicos, seguimos impulsando la eficiencia energética, la reducción de la huella de carbono y los procesos químicos sostenibles, y éste es un paso más hacia ese objetivo", dijo Su.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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