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RECURSOS

MOFS, la revolución de las moléculas

Las Mallas Metal-Orgánicas, más conocidas como MOFs por su sigla en inglés, son moléculas revolucionarias hechas a la medida de múltiples aplicaciones. Desde mediados de la década de los 90´s han capturado la atención de la comunidad científica mundial, luego que el académico de la Universidad de California en Berkeley, Omar Yaghi, reveló su potencial para la captura y almacenamiento de dióxido de carbono (CO2), la obtención de combustibles limpios y para capturar las moléculas de agua en el aire y generar a partir de ellas agua potable, entre otras aplicaciones.

En términos científicos los MOFs son compuestos cristalinos ordenados constituidos por centros metálicos (en principio puede ser cualquier elemento que tenga carácter metálico de la tabla periódica) conectados por fragmentos orgánicos, denominados linker. La estructura ordenada obtenida por esta combinación genera una malla porosa donde se pueden almacenar gases o drogas (para su posterior liberación). Otras aplicaciones posibles es usar los MOFs como tamiz molecular (para producir la separación por tamaño de diferentes moléculas), como sensores químicos, como catalizadores, entre muchas otras.

Con respecto al resto de los materiales porosos, los MOFs tienen la ventaja que su estructura puede ser moldeada según la aplicación en la cual el material quiera ser utilizado. Así, de forma similar a la que se configuran las piezas de un Lego, los científicos son capaces de crear MOFs cómo ellos deseen, mediante la modificación del linker orgánico y/o del centro metálico utilizado.

En el Núcleo Milenio en Procesos Catalíticos hacia la Química Sustentable utilizamos los MOFs para generar productos derivados de la biomasa con alto valor agregado. Así, por ejemplo, a partir de benzaldehído, un compuesto químico utilizado comúnmente como saborizante de alimentos, estamos generando benzaldehído acetal, cuyo valor puede llegar a ser 3 veces superior al producto original. Además, mediante la utilización, tanto de química computacional como de manera experimental, nos encontramos estudiando el mecanismo de reacción sobre el MOF, con la finalidad de realizarle modificaciones e incrementar la actividad catalítica del material.

Los MOFs también pueden ser usados en catálisis heterogénea, ya que presentan las ventajas de este tipo de catalizadores, es decir, pueden ser separados del medio donde se realizó la reacción química y reutilizados nuevamente en un nuevo proceso catalítico. Por otra parte, algunos MOFs presentan propiedades ópticas muy interesantes como fluorescencia y/o fosforescencia, lo cual amplía aún más la gama de aplicaciones de este tipo de materiales.

En cuanto a sus desventajas, los MOFs presentan una menor estabilidad en comparación con otros materiales porosos debido a la presencia de enlaces metal-ligando. Además, poseen un alto costo, debido a que el valor de los centros metálicos que generan estructuras más estables tales como zirconio o hafnio, es elevado en comparación al resto de los posibles metales de la tabla periódica.

La biomasa, promesa de un futuro con cero emisiones (Parte I)

La biomasa es materia orgánica que se origina como resultado de la fotosíntesis. Existe biomasa que proviene de los residuos forestales, los desechos industriales o domiciliarios, los residuos agrícolas, y de los desechos de los animales. Su uso sirve para producir energía o materias primas para miles de productos que hoy se fabrican usando petróleo (fibra óptica, envases, prótesis, suelas de zapatos, etc).

El uso de la biomasa tiene múltiples beneficios para el medio ambiente si se compara con el de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Los árboles y plantas a medida que crecen absorben CO2 del aire y cuando mueren, parte del carbono del CO2 queda atrapado en la vegetación. A lo largo de miles de años las capas de vegetación son comprimidas y transformadas ya sea en carbón, petróleo o gas natural que son combustibles fósiles. El carbono que fue sacado de la atmósfera es en efecto “secuestrado” en las profundidades de la tierra.

Luego, cuando por ejemplo el carbón es extraído de la tierra y combustionado para generar energía, se libera CO2, el cual es el principal gas responsable de efecto invernadero y por lo tanto del calentamiento global. Este es el ciclo biogeoquímico del carbono, el cual es insostenible, ya que los combustibles fósiles son recursos no renovables, es decir limitados, y su uso aumenta los niveles de CO2 en la atmósfera.

En el caso de la biomasa, el carbono que la forma no está secuestrado en las profundidades de la tierra, sino que es parte del ciclo biológico del carbono, está atrapado dentro de árboles y plantas. Al utilizarse esta biomasa para la producción de energía u otros productos ocurre un circulo virtuoso, ya que la biomasa crece por fotosíntesis consumiendo el CO2 atmosférico, luego aquella que es utilizada se quema o se trata generando emisiones de CO2 que son capturadas por nuevas plantas y árboles generando más biomasa. Este ciclo es sostenible ya que la biomasa es un recurso renovable y carbono neutral, es decir, el CO2 que se genera al final de su uso, proviene de la atmósfera, por lo tanto, no hay aporte neto de CO2, ni se incrementa el efecto invernadero.

Sin embargo, el uso sustentable de la biomasa depende del proceso en el que se utilice y del uso que se le dé. Por ejemplo, usar la biomasa como leña para calefacción doméstica, no es sustentable actualmente en Chile, debido a que la alta humedad de la leña genera emisiones de material particulado durante la combustión que son altamente contaminantes para el aire. Si esta misma biomasa se utiliza para producir combustibles de mejor calidad, tales como pellet o briquetas, sí se trataría de un producto sustentable.

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