Qu¨ªmica por ordenador para convertir el di¨®xido de carbono en metanol

Cada a?o se producen en el mundo 65 millones de toneladas m¨¦tricas de metanol, que se utiliza en la fabricaci¨®n de pinturas, pol¨ªmeros, pegamentos y disolventes. Adem¨¢s es un combustible potencialmente apto para el transporte, aunque no tan extendido como el etanol. Ahora, un equipo cient¨ªfico internacional ha descubierto un nuevo catalizador que convierte hidr¨®geno y di¨®xido de carbono en metanol con menos subproductos que el proceso convencional de fabricaci¨®n y es potencialmente m¨¢s limpio y m¨¢s barato. ¡°Imag¨ªnese que pudiera sintetizar metanol utilizando hidr¨®geno de fuentes renovables (descomponiendo el agua con luz solar, por ejemplo) y di¨®xido de carbono capturado en las plantas energ¨¦ticas y otras instalaciones industriales¡±, comenta Jens Norskov, profesor de ingenier¨ªa qu¨ªmica de la Universidad de Stanford (EE UU) y uno de los autores del descubrimiento. ¡°Tambi¨¦n podr¨ªamos hacer otros alcoholes, como etanol o propanol que, a diferencia del metanol, se puede a?adir ya directamente a la gasolina¡±, a?ade.

Los investigadores han dado con el nuevo catalizador, un compuesto de n¨ªquel y galio, no por el m¨¦todo tradicional de experimentaci¨®n en laboratorio, sino que han recurrido al dise?o qu¨ªmico por ordenador que permite obtener resultados de compuestos bas¨¢ndose enteramente en c¨¢lculos computacionales. Luego, eso s¨ª, han comprobado sus resultados con los cl¨¢sicos experimentos. Publican los resultados en Nature Chemistry.

¡°El metanol se produce en grandes f¨¢bricas a muy altas presiones utilizando hidr¨®geno, di¨®xido de carbono y mon¨®xido de carbono de gas natural¡±, explica el l¨ªder de la investigaci¨®n, F¨¦lix Studt, de Laboratorio Nacional de Aceleradores de Stanford (SLAC). ¡°Nosotros estamos buscando materiales que puedan hacer metanol a partir de fuentes limpias a bajas presiones y creando bajas cantidades de mon¨®xido de carbono¡±. Se trata, en ¨²ltima instancia, de desarrollar todo un proceso industrial a gran escala que no sea contaminante y que resulte neutro de carbono utilizando hidr¨®geno limpio, se?alan los autores en un comunicado de Stanford.

El catalizador utilizado en el proceso habitual de fabricaci¨®n est¨¢ hecho de cobre, cinc y aluminio, en un proceso que exige altas presiones. Studt y sus colegas empezaron por estudiar a fondo este catalizador y el proceso, y una vez que lo entendieron a nivel molecular, empezaron a buscar un nuevo catalizador capaz de sintetizar metanol a bajas presiones y utilizando solo hidr¨®geno y di¨®xido de carbono. A partir de este punto de la investigaci¨®n recurrieron al dise?o computerizado de materiales. Pudieron as¨ª comparar el catalizador de cobre, zinc y aluminio con miles de otros materiales de una gran base de datos de Stanford. El compuesto de n¨ªquel-galio result¨® ser el candidato m¨¢s prometedor por sus propiedades.

El paso siguiente era probar lo en laboratorio el nuevo catalizador y para ello, los estadounidenses recurrieron al equipo de Ib Chorkendorff, de la Universidad T¨¦cnica de Dinamarca. Primero sintetizaron el compuesto de n¨ªquel y galio en un catalizador s¨®lido y luego comprobaron que efectivamente pod¨ªa producir metanol a presi¨®n ambiente, confirmando que el ordenador hab¨ªa ayudado a hacer la elecci¨®n correcta. A alta temperatura, el n¨ªquel galio produce m¨¢s metanol que el catalizador convencional de cobre, cinc y aluminio, se?alan los expertos de Stanford, y considerablemente menos derivados de mon¨®xido de carbono. Adem¨¢s, a?ade Chorkendorff, el n¨ªquel-galio es un s¨®lido muy estable.

Studt y sus colegas advierten que todav¨ªa tienen que mejorar y adaptar el proceso para su aplicaci¨®n industrial, pero destacan que, de entrada, el n¨ªquel es relativamente abundante y que el galio, aunque es m¨¢s costoso, se utiliza ampliamente en la industria electr¨®nica, lo que sugiere que su uso puede ser id¨®neo y eficaz en la producci¨®n del metanol.