Investigadores del norte de China han desarrollado una nueva tecnología de catalizadores que podría reducir significativamente los costos y las emisiones de carbono en la producción de propileno, una materia prima clave para plásticos, caucho sintético y fibras.

El equipo de la Universidad de Tianjin informó haber logrado la utilización casi completa de átomos de metales preciosos en catalizadores de propileno, un desafío de larga data para la industria química. Sus hallazgos se publicaron el viernes en la revista Science.

El propileno es una de las materias primas químicas más utilizadas en el mundo, presente en productos cotidianos que van desde equipos médicos y textiles hasta materiales agrícolas. Si bien los catalizadores son esenciales para su producción, mejorar su eficiencia y rentabilidad sigue siendo un importante desafío global, afirmó Gong Jinlong, quien lidera el equipo de investigación y es profesor de la Universidad de Tianjin.

«Hemos desarrollado una tecnología pionera a nivel internacional que puede extraer eficazmente los átomos de metales preciosos ocultos en las profundidades de las partículas del catalizador a la superficie, logrando así la plena utilización de estos átomos, reduciendo significativamente los costos de producción y mejorando la eficiencia de la generación de propileno», declaró Sun Guodong, coautor principal del artículo de investigación.

Sun explicó que metales preciosos como el oro, la plata, el platino y el paladio son escasos y costosos de extraer. El platino y el paladio se utilizan principalmente en catalizadores y dispositivos médicos. El platino, valorado por su estabilidad y seguridad, actúa como catalizador en aproximadamente dos tercios de la producción de propileno a partir de propano.

Sin embargo, los átomos de platino a menudo se agrupan dentro de las partículas del catalizador, como si fueran actores ocultos tras bambalinas, incapaces de desempeñar plenamente su función catalítica, explicó Sun. Esto genera baja eficiencia y altos costos.

«En 2024, el uso global de metales preciosos en catalizadores alcanzó casi los 200 mil millones de yuanes (28 mil millones de dólares)», afirmó.

Para abordar esto, el equipo de la Universidad de Tianjin desarrolló una nueva estrategia llamada «extracción atómica» tras más de una década de investigación. El método consiste en añadir estaño a la superficie de una aleación de platino y cobre. El estaño actúa como un imán, atrayendo casi todos los átomos de platino enterrados hacia la superficie de las partículas del catalizador.

Gong explicó que el proceso primero dispersa los átomos de platino sobre el cobre, descomponiendo los agregados en átomos aislados. Posteriormente, el efecto «similar al magnético» del estaño atrae los átomos de platino hacia el exterior.

«Debido a su gran radio atómico, el estaño no puede penetrar en el interior de las partículas de cobre, pero ejerce una fuerte atracción sobre los átomos de platino. Mediante interacciones fuertes, el estaño puede atraer completamente los átomos de platino internos hacia la superficie del catalizador», explicó Gong. «Con esta estrategia, la proporción de exposición del platino en la superficie aumenta de aproximadamente el 30% a casi el 100%».

Añadió que experimentos previos realizados en 2018 demostraron que el cobre podía mejorar la dispersión de los átomos de platino, lo que allanó el camino para este nuevo enfoque.

En la producción de propileno, el nuevo catalizador requiere solo una décima parte del platino utilizado en los catalizadores existentes más avanzados, a la vez que ofrece un rendimiento aún mejor. En comparación con los catalizadores tradicionales, el nuevo método reduce el consumo de metales preciosos en un 90%, lo que significa que los costos de los catalizadores también pueden reducirse en un 90%.

«Esto marca un gran avance en la industria catalítica china, avanzando con éxito hacia un nuevo paradigma de utilización atómica completa para el desarrollo con bajas emisiones de carbono», afirmó Gong.

Este avance no solo ofrece un diseño de catalizador revolucionario para la producción de propileno, sino que también es prometedor para el desarrollo de otros catalizadores de metales preciosos. Podría reducir considerablemente la dependencia de la industria de metales escasos como el platino y el paladio, impulsando una transición hacia una producción química de bajo costo, eficiente en el uso de recursos y de alto rendimiento.

Gong señaló que la producción tradicional de propileno tiene una baja tasa de conversión y que los residuos de carbono a menudo se acumulan en las superficies del catalizador, lo que reduce la eficiencia. Posteriormente, se debe introducir aire para quemar los depósitos de carbono, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono y desperdiciando recursos de carbono. La nueva tecnología mejora la eficiencia de la generación de propileno y minimiza la acumulación de carbono, lo que contribuye a lograr una producción con bajas emisiones de carbono.

La tecnología aún se encuentra en fase de laboratorio y se prevé que su aplicación industrial a gran escala tarde entre cinco y diez años.

«Esta investigación no solo logra un aprovechamiento casi completo de los átomos de metales preciosos, sino que también aporta nuevas ideas para mejorar la eficiencia atómica en el diseño de catalizadores», afirmó Gong.