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Usos disruptivos para el CO2

INNOVACIÓN     |    CATÁLISIS    |    03/12/2013

El dióxido de carbono no es tan perjudicial ni tan nocivo como suele creerse. Es imprescindible para la vida vegetal y en concentraciones correctas, esencial para la salud. También en la industria tiene múltiples e importantes usos a los que investigadores del ICIQ en Tarragona quieren añadir otros nuevos.

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Si en algo se distingue el dióxido de carbono es su versatilidad para transformarse en otros compuestos o para participar en procesos característicos de la industria química. Pese a sus propiedades, a las que debe añadirse el hecho de ser poco menos que una materia prima renovable, las aplicaciones todavía son limitadas.

Con la vista puesta en ampliar el catálogo de usos de interés industrial, investigadores del Instituto Catalán de Investigaciones Químicas (ICIQ) en Tarragona están desarrollando nuevos “procesos, metodologías y tecnologías” tomando como base el CO2 y la catálisis como método.

En el fondo de las distintas propuestas, algunas de ellas transformadas ya en patente, subyacen intereses que abarcan desde el medio ambiente y la búsqueda de soluciones energéticas viables, hasta la mejora de procesos productivos de interés para la industria farmacéutica.
 

Punto crítico

En opinión de Arjan Kleij, investigador del ICIQ, las elevadas concentraciones de CO2 derivadas de los procesos industriales y la combustión de combustibles fósiles, además de fuentes naturales, representa una “buena alternativa” para repensar un modelo económico basado “en exceso” en el petróleo y sus derivados, algo que, por otra parte, considera “poco sostenible” en el tiempo ante la progresiva escasez de materia prima y su elevado coste ambiental.

“Como químicos estamos interesados en captar CO2 e incorporarlo a moléculas orgánicas que tengan interés industrial.”
La opinión es compartida por Rubén Martín y Atsushi Urakawa, también del ICIQ. “La posibilidad de emplear CO2 no puede ser obviada porque es la fuente por excelencia de la naturaleza”, reflexiona Martín en clara referencia a su uso en aplicaciones industriales. “Como químicos estamos interesados en captar CO2 e incorporarlo a moléculas orgánicas que tengan interés industrial”, añade. Urakawa propone el diseño racional de catalizadores químicos que contribuyan en la misma dirección. En particular, para la obtención de nuevos carburantes y el control de la contaminación ambiental.

Los tres coinciden en al menos dos aspectos fundamentales. El primero es la existencia en abundancia de fuentes de CO2 que puede emplearse como materia prima o junto con otros compuestos; el segundo es contribuir a disminuir la dependencia actual del petróleo y sus derivados tratando de encontrar alternativas viables para la industria. Los tres científicos, cada uno en su línea de investigación, lo están logrando.
 

Nuevos productos

Kleij, oriundo de Holanda y afincado en Tarragona en calidad de investigador senior de ICREA, trabaja en la producción de biopolímeros que puedan reemplazar a productos y compuestos ya existentes y que cuentan, a pesar de sus costes económicos y medioambientales, con una amplia aceptación en la industria.

Es el caso de carbonatos y policarbonatos a los que se puede añadir CO2, lo que debería permitir abaratar los costes, y desarrollar nuevas líneas de producción en un mercado considerado emergente. Como ejemplos, Kleij cita disolventes electrolíticos (de interés en la fabricación de baterías), disolventes orgánicos para aplicaciones en electrónica, automoción o dispositivos médicos, entre otros muchos), reactivos verdes o los llamados plásticos especiales.

En todos estos campos, en los que se habla de productos “de valor añadido”, resalta Kleij, el problema principal radica ahora mismo en encontrar la tecnología adecuada para producirlos a un coste inferior conservando o mejorando sus propiedades con respecto a sus alternativas convencionales. Es aquí donde entran las tecnologías de catálisis.

Y si eso ocurre en la producción de biopolímeros basados en CO2, poco menos sucede en la investigación de nuevos carburantes que se constituyan en alternativa al petróleo y sus derivados. Urakawa, llegado a Tarragona desde su Japón natal tras un largo periplo por Estados Unidos y Europa, ha encontrado en el metanol esta alternativa.

En los laboratorios del ICIQ el investigador japonés ha desarrollado un método que permite obtener metanol a partir de CO2 con unos rendimientos altísimos. “Hemos logrado una tasa de conversión cercana al 95%”, enfatiza. Ninguno de los métodos convencionales alcanza el 30%.

Urakawa es consciente de que todavía debe pulir la metodología y, sobre todo, demostrar su escalabilidad a nivel industrial para que pueda producirse de forma intensiva. “Podría ser un paso intermedio para paliar la dependencia del petróleo reduciendo el volumen de emisiones de CO2 a la atmósfera”, insiste. En todo caso, lo que ya está demostrado es que con pequeñas variaciones, los motores de los automóviles podrían emplear con rendimientos parejos el metanol como combustible.
 


Procesos alternativos

La obtención de ácidos carboxílicos, de especial interés en la industria farmacéutica, sigue un camino paralelo al del metanol. En este caso, Rubén Martín, también profesor senior ICREA, trabaja en el diseño de metodologías catalíticas empleando catalizadores que capten el CO2 y además incorporarlos a moléculas orgánicas como los ácidos carboxílicos.

“Nueve de los diez fármacos más vendidos en el mundo incorporan ácidos carboxílicos en su formulación”, explica Martín. Se trata de moléculas hidrofílicas, por lo que se enlazan muy bien con proteínas. Esta cualidad facilita que el fármaco pueda pasar bien por la membrana celular. “Vienen a ser transportadores”.

El proceso de producción de estos ácidos en la industria farmacéutica, continua, “es nefasta”. En general, se emplean productos muy tóxicos o pre-oxidados que generan una gran cantidad de residuos. La alternativa, esto es, producir ácidos carboxílicos por catálisis utilizando CO2 es novedosa a nivel internacional. Y en el ICIQ lo han conseguido a temperatura ambiente con un alto rendimiento. Queda por resolver, entre otros muchos aspectos, el paso de este método a la escala industrial.

“Nuestra principal contribución es haber demostrado que es un método factible”, dice Martín. “Somos los autores del punto de inflexión”, tras el que nuevos grupos en Europa, Estados Unidos y Japón empiezan ahora a aportar conocimiento.

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