Transformando el CO2 en Alcohol: Cómo se Podría Mejorar el Medio Ambiente desde el Nanomundo

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En un comentario anterior[1] me referí brevemente a la historia energética del planeta en que vivimos. Lo que se conoce hasta ahora se basa en evidencias experimentales y confiables modelos teóricos.

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Es una verdadera carga de información donde el principal obstáculo que tenemos para poderla desentrañar es probablemente la formación disciplinaria de los científicos.

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Los que estudian la formación de la tierra generalmente se educan como geólogos, geógrafos y geofísicos. Los que investigan la composición de los objetos naturales se educan como químicos y como físicos. Los desarrolladores de la lógica y los métodos para el procesamiento de la información son usualmente matemáticos, científicos de la computación e ingenieros informáticos. Los que entienden mejor la información acerca de los sistemas vivos son los bioquímicos y los biólogos en general.

Y todos ellos deben comunicarse y comprenderse entre sí para poder descifrar la naturaleza.

La tierra y la vida existieron mucho antes de que inventáramos esas ciencias, incluso de que existiéramos los humanos que las hemos inventado. Ocurre que todas las disciplinas han ido desarrollando sus propios códigos, fraseologías, conceptos, lenguajes. Eso hace que exista algún nivel babélico entre ellas.

Saberes tan cercanos como los físicos y los químicos frecuentemente designan y nombran de forma diferente ciertos tópicos. Hablan de lo mismo con diferentes palabras y a veces les cuesta entenderse.

Las diversas disciplinas existen para que podamos aprender y sistematizar los conocimientos, pero ningún fenómeno y objeto depende de ellas sino todo lo contrario. El mundo objetivo es como es y las etiquetas de cómo lo entendemos a través de diversas ciencias se las colgamos los humanos. Por eso lo multidisciplinario es tan importante.

En el citado comentario referimos algo acerca del ciclo del carbono.

La vida en sus casi 4000 millones de años de existencia cambió el ambiente terrestre. La atmósfera que hoy conocemos está fundamentalmente compuesta de oxígeno y nitrógeno. La fabricaron nuestros ancestros vivos, la inmensa mayoría unicelulares, que reinaron inicialmente en este planeta durante muchos millones de años y se alimentaron de minerales, expeliendo el oxígeno que la compone actualmente.

El elemento maestro de la vida, el carbono, es el que almacena y libera la energía necesaria oxidándose y “reduciéndose”, como decimos los químicos. Al oxidarse “se quema” y el calor producido se usa como energía para cualquier proceso biológico.

El ropaje final de un núcleo de carbono, después de realizar todas las funciones a las que lo conducen los electrones en los sistemas vivos, consiste en salir a la atmósfera acompañado de dos núcleos de oxígeno y sus correspondientes electrones. Se trata de una de sus formas moleculares más oxidadas, bastante inerte químicamente.

No se puede seguir quemando y por eso ya dio toda la energía que podía dar. Así se conoce con el nombre de dióxido de carbono o CO2.

Más recientemente el carbono se hizo para esto cómplice del sol y su radiación incesante. De esa forma, los procesos vivos que habían aparecido en la tierra “comiendo piedras”, hace 2350 millones de años seleccionaron a las cianobacterias[2] capaces de usar directamente la energía luminosa del sol.

De esa forma la vida inventó la fotosíntesis, por prueba y error, y le permitió aprovecharla. Las cianobacterias son las madres de todo el reino vegetal. En este escenario ya pudieron aparecer todas las demás formas de vida.

También condujeron a que nuestra especie usara hace muy poco, oportunistamente, la energía que se acumuló en átomos de carbono reducidos como remanentes de vidas pasadas en las entrañas de la corteza terrestre. Quemamos el carbón mineral y petróleo que esas vidas anteriores hicieron para movernos, accionar nuestras industrias y alumbrarnos.

Ahora nos encontramos con el gran problema del llamado cambio climático, porque la atmósfera y el mundo en el que nos seleccionamos como especie ha sido cambiado por nosotros mismos. Hay demasiado carbono oxidado como CO2 en la atmósfera. Esta molécula es más compleja que las más simples de O2 y N2. Vibra más y por eso contribuye más a mantener alta la temperatura del aire que nos rodea.

La solución de ese desbalance la tenemos que hallar nosotros mismos que lo provocamos, si no queremos extinguirnos como especie demasiado rápidamente. Existen dos grandes alternativas. Una puede ser dejando de producir tanto CO2, quemando menos petróleo y carbón mineral, de forma que las plantas se encarguen del desbalance naturalmente.

Otra sería usar ese CO2 cooperando con las plantas para equilibrar la atmósfera, reduciéndolo de alguna forma nosotros mismos. Esto se podría lograr de forma parecida o no a como ellas lo hacen.

En esa nota acaba de aparecer un sorprendente reporte científico[3] que confirma la necesidad de las ciencias básicas más novedosas. Un grupo de investigadores en nanociencias, por cierto multidisciplinario, acaba de encontrar un procedimiento electro-catalítico que permite convertir CO2 en alcohol.

Consideremos que eso hace pasar de la forma más oxidada comúnmente del átomo de carbono a una de las más reducidas. Parece que lo logran con poco consumo energético y materiales relativamente baratos.

El grupo que publica el trabajo procede del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en el estado de Tennessee de los EEUU. Es difícil caracterizar en una determinada disciplina la formación de los 11 autores de muy diversas nacionalidades, pero podemos decir que hay químicos, físicos e ingenieros, todos trabajando en esos fabulosos campos interdisciplinarios que son las ciencias de materiales y las nanociencias.

Encontraron el fenómeno de pura casualidad haciendo electroquímica en nanopartículas de cobre depositadas sobre una película texturizada de nanoespigas de carbono impurificadas con nitrógeno. Este material funciona como catalizador. La electricidad proporciona la energía y se logra una alta eficiencia.

Los materiales que se utilizan son accesibles, pues el cobre es mucho más abundante que la mayor parte de los otros elementos usados para estos fines, como podría ser el caso del platino.

A finales de la década de los 80 del pasado siglo también se descubrió otro asombroso material. Entonces se trató de un superconductor de electricidad a temperaturas relativamente altas, o muy bajas pero accesibles. En aquella época los científicos cubanos de la Universidad de La Habana reprodujeron y contribuyeron a confirmar el descubrimiento solo unos pocos meses después.

¡Cuánta alegría sentiríamos todos si hoy en día pudiéramos hacer lo mismo con descubrimientos tan importantes y de tanta trascendencia para la humanidad como lo es el posible nacimiento de una forma de enfrentar y ganarle la batalla al cambio climático con pura nanociencia!

(*) Doctor en Ciencias Químicas y miembro Titular de la Academia de Ciencias de Cuba. Preside la Sociedad Cubana de Química y el Consejo Científico de la Universidad de La Habana.

Fuente: Cubadebate
http://www.cubadebate.cu/opinion/2016/10/28/de-como-se-podria-mejorar-el-medio-ambiente-desde-el-nanomundo/#boletin20161028

Notas

[1] http://www.cubadebate.cu/opinion/2016/09/13/la-energia-el-cambio-climatico-y-la-innovacion-tecnologica-en-cuba/

[2] Catling, D. C.; Treatise Geochemistry, Second Ed. 2013, 6 (3), 177.

[3] Song, Y.; Peng, R.; Hensley, D. K.; Bonnesen, P. V.; Liang, L.; Wu, Z.; Meyer, H. M.; Chi, M.; Ma, C.; Sumpter, B. G.; Rondinone, A. J., ChemistrySelect 2016, 1.

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Descubren por accidente cómo transformar CO2 en etanol para combustibles

Lo hemos dicho miles de veces y no pararemos de decirlo: a menudo, los mejores descubrimientos son los que llegan por casualidad. Es lo que se denomina serendipia.

A veces, estar libre de expectativas, sin centrar la atención en un punto concreto que pueda confundirnos, es la mejor manera de conseguir algo, por lo que son muchos los casos de científicos que han llevado a cabo un gran descubrimiento cuando realmente estaban tras la obtención de otro.

Y precisamente esto es lo que le ha pasado a un equipo de científicos islandeses, que realmente sí que se encontraban estudiando una forma de transformar el CO2 en etanol, pero no se esperaban conseguirlo directamente en el primer paso, mucho antes de lo que tenían concienzudamente planeado. Como resultado, estamos ante uno de los muchos estudios que buscan una forma de revertir el proceso de combustión, utilizando la materia contaminante de desecho para obtener nuevos combustibles; aunque éste concreto podría dar mucho más que hablar que otros.

Como os decía, este equipo de científicos, que han publicado sus resultados en Chemistry Select, se encontraban estudiando en el laboratorio la forma de transformar el CO2 en etanol cuando, curiosamente, se dieron cuenta que el primer paso de su protocolo era suficiente para hacerlo.

Para ello, se utilizaba un catalizador (sustancia que acelera una reacción) basado en nanopartículas de cobre, carbono y nitrógeno, que bajo una pequeña corriente eléctrica de 1’2 voltios favorecía que el dióxido de carbono disuelto en agua se transformara en etanol con un rendimiento del 63%, mucho mayor del obtenido en estudios anteriores.

Lo más novedoso de este caso concreto es que, al contrario de lo que han conseguido otros investigadores, se minimiza la obtención de otros productos de la reacción no deseados, como el metano, el etileno o el monóxido de carbono, haciendo mucho más rentable el proceso. Además, utiliza una cantidad mínima de electricidad, de modo que se puede aprovechar el propio consumo cotidiano para almacenar el etanol mientras tanto.

¿Por qué es tan importante transformar el CO2 en etanol?

Transformar el CO2 en cualquier cosa es una gran noticia, pues supone eliminar del aire una sustancia contaminante que en los últimos años ha aumentado sus niveles a pasos agigantados.

Y si, para colmo, el producto de la transformación puede utilizarse como combustible no contaminante, mejor que mejor.

Es por esto que el etanol, cuyo potencial como alternativa a los combustibles fósiles está cada vez más valorado, es un gran resultado del reciclaje del dióxido de carbono; pues, además, se evita obtenerlo a partir de las plantas, siendo éste un proceso mal visto por aquellos que consideran que contribuye a la deforestación y proporciona un remedio peor que la enfermedad.

Muchos investigadores ya lo han intentado, aunque los rendimientos suelen ser muy bajos. De todos modos, lo que han conseguido por casualidad estos científicos ha supuesto un gran paso en el camino hacia el proceso perfecto de reciclaje de CO2, pero no quiere decir que todo haya terminado.

Aún hay mucho por andar, pero recorrer parte del trayecto de golpe y sin esperarlo es, sin duda, una gran noticia.

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Fuente: Omicrono

 

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