Utilizando una sencilla y económica célula solar destinada al funcionamiento de un juguete, un grupo de ingenieros y científicos de la Washington University de St. Louis, en Estados Unidos, ha logrado logró provocar reacciones de oxidación, sin los daños ambientales que habitualmente suponen estos procesos de gran importancia en la industria química. La idea no es nueva, pero el enfoque desarrollado y la economía del método lo convierten en un trascendente adelanto con múltiples aplicaciones. Por Pablo Javier Piacente.
Las reacciones de oxidación en las que se generan subproductos tóxicos de impacto ambiental negativo son imprescindibles en muchos procesos ligados a la industria química. Ahora, una investigación desarrollada por especialistas de la Washington University in St. Louis ha permitido concretar una metodología a través de la cual estas reacciones electroquímicas pueden realizarse con células fotovoltaicas, eliminando de esta forma el daño ambiental y obteniendo además importantes beneficios económicos.
Kevin Moeller es uno de los responsables de este adelanto, que promete combinar tecnologías ya existentes para convertir en ecológicas las reacciones electroquímicas. La simpleza de la idea es realmente destacable, ya que para el trabajo se utilizó una célula solar adquirida a través de Internet por seis dólares, y cuyo destino era aportar energía para un coche de juguete.
La propuesta sería vital en el marco de la industria química, donde podría tener múltiples aplicaciones. Principalmente, lograría eliminar los subproductos tóxicos que actualmente se generan por una clase de reacciones de uso común en la síntesis química, dejando sin efecto a su vez el daño ambiental y económico que causan.
El trabajo de Moeller y sus colegas de la Washington University in St. Louis fue resumido en un informe recientemente publicado en el medio especializado Green Chemistry, y además se difundió a través de una nota de prensa de dicha universidad. El nuevo enfoque promete un gran impacto en la industria química.
Un proceso vital
Hay que tener en cuenta que un instrumento importante para la síntesis de moléculas orgánicas, en una amplísima categoría que va desde anestésicos hasta hilados, son las reacciones de oxidación.
Se trata de la herramienta que permite a los especialistas aumentar la funcionalidad de una molécula y manipularla.
En otras palabras, las reacciones de oxidación permiten conectar grupos funcionales de una molécula. Según explica Moeller, si se dispone de un hidrocarburo compuesto de carbono y átomos de hidrógeno unidos entre sí y se desea convertirlo en alcohol o en una cetona, es imprescindible llevar adelante una reacción de oxidación.
En el marco de estas reacciones, un electrón se quita de una molécula. Pero como ese electrón debe ubicarse en alguna parte, cada reacción de oxidación supone otra reacción de reducción, a través de la cual se agrega un electrón a una segunda molécula. Allí está justamente el problema, porque esa segunda molécula es un producto de desecho, no es algo deseado.
De esta forma, todas las oxidaciones químicas tienen un subproducto, que en muchos casos supone daños ambientales y torna ineficaz el proceso desde el punto de vista económico. Moeller y su equipo trabajaron para convertir esos subproductos en algo benigno.
Células fotovoltaicas e industria química
La propuesta de estos especialistas es utilizar la fuente energética más limpia posible para ejecutar las reacciones electroquímicas: la energía solar captada por las células fotovoltaicas. El sistema funciona de la misma manera que con el método tradicional, por lo tanto las condiciones de las reacciones químicas no se ven alteradas.
Un ejemplo trabajado por este equipo de investigación es un proceso industrial para la oxidación del alcohol en el cual se utiliza TEMPO, un reactivo químico complejo descubierto en 1960. Como este reactivo es de alto costo, se recicla mediante la adición de cloro. Sin embargo, esa reacción genera cloruro de sodio como subproducto.
Aunque en pequeñas cantidades el cloruro de sodio puede emplearse como sal de mesa, en cantidades industriales es un residuo cuya eliminación es costosa. En este caso, el reactivo TEMPO se puede reciclar mediante energía solar, en un proceso que produce hidrógeno como único subproducto.
En resumen, Moeller aclara que no todos los procesos de síntesis química pueden solucionarse a través de las células solares, pero sí es posible actuar sobre un gran número de reacciones de oxidación empleadas habitualmente en la industria química. Al mismo tiempo, este adelanto podría propiciar el surgimiento de nuevas soluciones simples e innovadoras para utilizar en otros tipos de reacciones.
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