Pedro Bosch Giral, del IIM, interviene en un proyecto auspiciado por Inglaterra, Francia, España, Alemania, México, Cuba y Brasil
La propuesta es aislar y encapsular pequeñas cantidades de moléculas de hidrógeno en recipientes seguros
Las investigaciones se realizan con zeolitas minerales fascinantes: se pueden usar en naves espaciales y submarinos por su porosidad.

Pedro Bosch Giral, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM, participa en un proyecto Alfa para el almacenamiento de gases a nivel nanométrico, auspiciado por cuatro países europeos: Inglaterra, Francia, España y Alemania y tres latinoamericanos: México, Cuba y Brasil.

“La idea es introducir y atrapar ciertos gases dentro de la red de poros de algunos materiales zeolíticos”, comentó Boch Giral.

Los automóviles funcionan con gasolina, un combustible excesivamente contaminante; si lo hicieran con hidrógeno, el resultado de la combustión sería sólo vapor de agua y nada más. Sin embargo, el hidrógeno es peligroso (se usó en los dirigibles, con las consecuencias trágicas que todos conocemos). Por lo tanto, hay que inventar una manera segura de almacenarlo.

“La propuesta más interesante y factible –señala Bosch Giral– es aislar y encapsular pequeñas cantidades de moléculas de hidrógeno en recipientes seguros, como se hace con las píldoras o las cápsulas farmacéuticas, e ir sacándolas a medida que se necesiten. Controlar la peligrosidad del hidrógeno ya sería un buen resultado”.

Se han hecho experimentos con paladio, un metal ávido de hidrógeno. A medida que se va necesitando hidrógeno, se le va arrancando al paladio. El problema es que el hidruro de paladio es pesadísimo. Prácticamente, toda la energía que se conseguiría a partir de la combustión del hidrógeno, se iría en transportar el paladio en el automóvil.

En cambio, las zeolitas son materiales relativamente ligeros y extremadamente porosos, y el hidrógeno, o cualquier otro gas, podría ser almacenado, en pequeñas cantidades, dentro de sus poros. Si los investigadores logran encapsular hidrógeno, o cualquier otro gas útil, su manejo sería mucho más fácil, de tal modo que, en vez de que un camión de gas llenara el tanque estacionario de la azotea, se compraría un “ladrillito” de zeolita con el gas incorporado y se guardaría en la alacena...

Lo más novedoso de este proyecto es el enfoque que le han dado los investigadores: ellos pretenden llevar a cabo primero la teoría y luego los experimentos, cuando lo usual es que sea al revés.

“El proyecto lleva apenas un año. Queremos hacer, por medio de computadora, el diseño de la zeolita que retendría tal o cual gas, y después sintetizar el material y determinar, con métodos vanguardistas de caracterización (difracción de rayos X, microscopía electrónica, adsorción de gases...), si la zeolita sintetizada se ajusta al objetivo que perseguimos: encapsular gases de utilidad en la vida cotidiana”, comentó Bosch Giral.

Las zeolitas (del griego zein, hervir, y lithos, piedra, “piedras que hierven”) son unos minerales fascinantes: se pueden usar en naves espaciales y submarinos, como fertilizantes, como catalizadores en la industria petroquímica o como aditivos para elaborar cementos que fragüen mejor; también sirven para engordar peces, aves y ganado, retener desechos radiactivos o enriquecer el aire con oxígeno.

“Su potencial de aplicaciones no tiene más límite que la imaginación”, dice el investigador Pedro Bosch.

Muchas de las peculiares propiedades de las zeolitas no derivan tanto de su composición (aluminio, silicio, oxígeno y sodio) como de su porosidad.

En efecto, poseen poros en todas direcciones, es decir, una red porosa homogénea, similar a una coladera, que explica su condición de tamices moleculares. Así, por ejemplo, si se hace circular aire a través de una zeolita cuyos poros son un poco mayores que las moléculas del oxígeno, pero menores que las del nitrógeno, las moléculas de oxígeno pasarán, pero las de nitrógeno no, por lo que a la salida habrá oxígeno y no nitrógeno. De ese modo, se obtendrá aire enriquecido con oxígeno, el cual podrá ser aprovechado en aparatos para soldar, en filtros de aire, en hospitales...

Restauración ecológica

“Las zeolitas –informa Bosch Giral–, se utilizan ampliamente en la industria petroquímica como catalizadores óxidos. Son ideales para realizar ciertos procesos, por ejemplo, de craqueo catalítico (rompimiento de las moléculas del petróleo para obtener gasolina).”

También son útiles en procesos de restauración ecológica, pues, además de actuar como tamices moleculares (coladeras que limitan el paso de unas moléculas y favorecen el tránsito de otras, como ya se dijo), contienen aluminio, el cual introduce una descompensación en cargas electrónicas, misma que se tiene que compensar con un catión, por lo general sodio.

Este catión queda retenido débilmente en las zeolitas, debido a lo cual éstas pueden soltarlo para adoptar otros cationes como el calcio o el magnesio. Tal efecto es muy útil en lo que concierne a la retención de cationes que sean desechos radiactivos, como el cesio, el cobalto o el estroncio.

Así se trataron grandes cantidades de agua contaminada por los accidentes de la planta nuclear de Three Mile Island, en Pensilvania, Estados unidos, y de la central nuclear de Chernobyl, en Ucrania, en la antigua URSS.

Se pasó el agua contaminada con átomos radiactivos a través de zeolitas, las cuales soltaron sus cationes originales y retuvieron los átomos radiactivos. De ese proceso se obtuvo un sólido que se trató con altas temperaturas (más de 900° C) para destruir la estructura de las zeolitas y obtener materiales vítreos, de los cuales ya no se puede escapar el material radiactivo. Esos materiales vítreos son los que suelen depositarse en los cementerios nucleares.

Detergentes inocuos

Otra utilidad del intercambio catiónico es la que se da en detergentes que contienen zeolitas, los cuales ya se fabrican en Europa y Estados Unidos.

“Los detergentes comunes y corrientes –explica Bosch Giral–, contienen tripolifosfatos, cuya función es suavizar el agua mediante la retención del calcio y el magnesio presentes en ella.”

Pero los tripolifosfatos son fertilizantes. Así, al arrojar los detergentes a los lagos y ríos, los tripolifosfatos propician el crecimiento del lirio y, por consiguiente, la muerte de los peces por falta de oxígeno; ahora bien, esto se puede evitar, sustituyéndolos con zeolitas.

En 1992, como parte del Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED), científicos iberoamericanos –de los cuales el grupo mexicano estuvo encabezado por Bosch Giral–, lograron sintetizar un tipo de zeolita que puede incorporarse a los detergentes para retener el calcio y el magnesio del agua, y que, a diferencia de las zeolitas naturales, tiene cristales redondeados, lo que impide que se incruste en la ropa y la vuelva rígida, la desgaste o la rompa.

“A los detergentes no se les agrega una zeolita natural, porque ésta tiene muchas impurezas y, además, porque sus cristales suelen presentar muchas aristas, bordes afilados, etcétera”.

Cabe decir que la zeolita sintética desarrollada por Bosch Giral y sus colegas se depositó en el CONACyT como una tecnología abierta para los industriales mexicanos; sin embargo, éstos no la utilizan porque en el país no hay una legislación que prohíba el uso de los tripolifosfatos en la fabricación de detergentes.

Extracción y producción en el mundo

En 1997, se extrajeron tres millones 625 mil toneladas de zeolitas naturales, de las cuales dos millones 500 mil correspondieron a China y 550 mil a Cuba.

De la producción anual de zeolitas sintéticas en todo el mundo (alrededor de dos millones 700 mil toneladas), 63 por ciento se dedica a detergentes, 25 a aplicaciones catalíticas y 12 por ciento como tamiz molecular.

Fuente: Universidad Nacional Autónoma de México

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