Los catalizadores mueven miles de millones, pero también pueden ayudar al medioambiente

¿Sabe qué son los catalizadores? ¿O la importancia que tienen en nuestra vida cotidiana? La mayoría relacionará esta palabra con la pieza del mismo nombre que se encuentra en nuestro coche, pero son mucho más que eso. Mucho más.

Los catalizadores son sustancias que aceleran una reacción química, proporcionando una ruta alternativa para romper y formar nuevos enlaces entre átomos. Su importancia reside en el hecho de que este nuevo camino requiere menos energía que el original, lo que facilita el proceso.

Imagine que hay un grupo de amigos que quiere ir del pueblo A al B, pero hay una montaña en medio. El grupo necesitaría mucha más energía para subir la montaña que si subiera a un tren que la rodeara. En este ejemplo el tren sería el catalizador que, sin consumirse, da vueltas y lleva a los amigos al pueblo B y vuelve todas las veces que hagan falta a recoger a los que todavía esperan en el pueblo de origen.

Los catalizadores son, normalmente, específicos para cada reacción. Por ejemplo, las enzimas son catalizadores naturales que tenemos en el cuerpo. Son responsables de catalizar casi todas las reacciones biológicas, y son necesarias para que estas ocurran lo suficientemente rápido y de forma selectiva.

También pueden ser sintéticos, como el catalizador del coche. En este caso suelen ser de paladio o platino en un soporte cerámico, que transforma el monóxido de carbono en dióxido de carbono.

Además de estos catalizadores que usamos en nuestra vida cotidiana, a la industria también le resultan imprescindibles.

La primera vez que se usó un catalizador a nivel industrial fue en 1947, y desde entonces su empleo en este sector ha ido en aumento. Desde refinerías a farmacéuticas, se calcula que en la actualidad el 90 % de procesos químicos depende de procesos catalíticos.

En 2017, el mercado global de catalizadores industriales llegó a valores de 18 000 millones de dólares, y se estima que para el 2023 llegará a los 23 000.

Por eso la investigación que sustenta la catálisis industrial es extensa. Desde un estudiante de doctorado hasta un poderoso laboratorio de investigación, todos contribuyen a entender un proceso catalítico y mejorarlo hasta llevarlo a gran escala.

Un catalizador para cada ocasión

Existen varios tipos de catalizadores. Si está en la misma fase que los reactivos, se le llama homogéneo (como cuando la sal se disuelve en un vaso de agua). Si se encuentra en una fase diferente, es heterogéneo (como cuando añadimos arena al vaso de agua, que no se disuelve). Este último es el más utilizado a nivel industrial, sobre todo por una razón: la separación de los productos y el catalizador es más fácil.

¿Cómo debe ser un catalizador para ser útil para la industria? Por un lado, debería mejorar las condiciones de reacción del proceso original. Por ejemplo, bajando la temperatura, la presión y el tiempo de reacción. También es necesario que sea selectivo hacia el producto deseado (para evitar la formación de subproductos), que la separación del medio de reacción sea fácil, que se pueda reutilizar y sea económico.

En general un catalizador homogéneo será mucho más selectivo, pero el catalizador heterogéneo suele ser más estable y su separación y reutilización más fácil. Por eso se estima que los catalizadores heterogéneos utilizados en industria alcanzan una proporción del 80 %.

Un campo en constante evolución

Conceptos como energías renovables, sostenibilidad y huella del carbono se usan con frecuencia hoy en día, y reflejan la preocupación sobre el medio ambiente y una economía sostenible.

Por ello, la comunidad científica también se ha centrado en dar solución a problemas relacionados con la implementación de energías sostenibles y a hacer los procesos catalíticos más verdes. Estudios sobre la generación de hidrógeno de forma catalítica a partir del agua, la transformación catalítica del dióxido de carbono o reacciones catalíticas de transformación de biomasa en biocombustible, son cada vez más frecuentes.

Además, durante las últimas décadas, el descubrimiento de nuevas técnicas cada vez más potentes están permitiendo la observación de sistemas catalíticos con más detalle, incluso con precisión atómica. Asimismo, la evolución de herramientas computacionales está ayudando a entender las etapas de los procesos catalíticos desde un punto de vista teórico, abriendo la puerta a obtener mejores diseños de catalizadores para conseguir que sean más selectivos y que den rendimientos superiores.

Todo esto posibilita tener una perspectiva mucho más amplia de las reacciones catalíticas y facilita la obtención de soluciones que son necesarias para la sociedad actual. Por eso, es importante ser conscientes del peso de la catálisis, tanto en el día a día como en el futuro.

Por Ane Izaskun Aranburu Leiva, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea; Zoraida Freixa, Centro de Física de Materiales (UPV/EHU – CSIC)

Publicado originalmente en The Conversation.