Avelino Corma, Premio Príncipe de Asturias: catalizadores, zeolitas y aplicaciones

El pasado 28 de mayo de 2014, el Jurado del Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2014 concedió dicho premio a tres químicos pioneros en el desarrollo de materiales microporosos y mesoporosos y sus aplicaciones. Los científicos galardonados son M. E. Davis, G.D. Stucky, ambos estadounidenses, y A. Corma, un español.

Avelino Corma, nacido en Moncofar, Castellón, en 1951, es un químico ampliamente reconocido entre la comunidad científica internacional, con publicaciones de alto impacto en materias tan diversas como la biomasa o los petroquímicos. Después de formarse en distintas universidades tanto nacionales como extranjeras, ha estado vinculado al CSIC desde 1979. En 1990  fundó el Instituto de Tecnología Química, perteneciente al mencionado organismo y ubicado en la Universidad Politécnica de Valencia, y en el que ha venido desarrollando desde entonces la función de director. Una gran parte del amplísimo número de publicaciones cuya autoría recae en Corma están relacionadas con la producción de catalizadores.

Pero, ¿qué es un catalizador? Los compuestos que participan en una reacción química, llamados reactivos,  son recipientes de una determinada cantidad de energía, energía contenida en los enlaces que mantienen unidos los átomos, y en algunos casos, sus moléculas. Esta energía se denomina “energía basal”. Para que se produzca la reacción, debe alcanzarse la energía de activación, que es la diferencia entre la energía basal y la energía en el estado de transición. En el estado de transición, el compuesto siempre es más energético. Después de alcanzar el estado de transición, los átomos terminan de reorganizarse, dando lugar a nuevos compuestos y por tanto alcanzando otro estado de energía basal. Al tener otros enlaces distintos, tendremos una cantidad de energía química basal diferente de la primera, y que puede ser mayor o menor que ésta.

Los catalizadores son compuestos que aceleran las reacciones químicas porque proporcionan un mecanismo de reacción  que tiene menor energía de activación. Al darse más fácilmente, las reacciones se aceleran, esto es, se obtiene más producto en un menor intervalo de tiempo. En general, las reacciones se ven favorecidas cuando los átomos o las moléculas tienen mayor energía cinética, es decir, cuando se mueven más. Cuando tienen mayor energía cinética es más probable que choquen las moléculas de reactivo entre sí con la orientación y la energía adecuadas. Es ahí cuando se alcanza el estado de transición. Los catalizadores no ayudan a que los átomos se muevan más, ni que tengan lugar reacciones que no ocurrirían espontáneamente, pero, por ejemplo, pueden hacer que estos átomos se junten y, por tanto, la probabilidad de encuentro sea mucho mayor. Hay que destacar que los catalizadores no se consumen durante la reacción química y generalmente es suficiente una pequeña cantidad para que hagan efecto en la reacción.

¿Son los catalizadores algo revolucionario en la química? Por supuesto que no. Hay catalizadores inorgánicos que se han usado tradicionalmente, como por ejemplo el platino, que se utiliza para una generar unos productos menos dañinos para el medio ambiente durante la combustión de hidrocarburos. Pero no hace falta irse hasta un coche, basta con mirarse el propio cuerpo. Todos los seres vivos son fábricas y almacenes de unos catalizadores orgánicos muy complejos llamados enzimas. En nuestro cuerpo se desarrollan multitud de reacciones, desde la descomposición del azúcar en CO2 y agua hasta la formación de urea para la orina, y la gran mayoría de ellas necesitan de una enzima que las catalice. La mayoría de las enzimas son de naturaleza proteica, aunque las más antiguas están compuestas por ARN. La industria también necesita catalizadores que hagan los procesos de producción de sustancias y materiales más sencillos.

Y aquí es donde entra A. Corma. Una de sus líneas de investigación más exitosas se centra en las zeolitas, que son agregados cristalinos alcalinos formados por silicatos de aluminio hidratados. Todo este galimatías viene a significar que sus moléculas están muy ordenadas, formando poliedros y con silicio como átomo principal, y que son alcalinas (lo contrario de ácidas) y que al formar huecos son capaces de retener agua.

Las zeolitas tienen propiedades altamente interesantes, como ser muy estables, además de ser muy buenos catalizadores y  seleccionar perfectamente las moléculas en las que queramos que ocurra la reacción. Al poder establecer poros de muy distinta forma, son capaces de catalizar reacciones muy dispares.

Las zeolitas, sin embargo, tienen un problema, y es que son materiales nanoporosos, es decir, tienen unos poros de tamaño muy pequeño. Es por eso que a veces presentan dificultades para que las moléculas accedan a los poros, especialmente cuando se trata de moléculas grandes o fluidos viscosos. Para resolver estos problemas, se están tratando de combinar con materiales  mesoporosos, materiales con poros más grandes pero sin naturaleza zeolítica. Aún no se ha encontrado la fórmula mágica para desarrollarlos, pero existen diferentes técnicas que han rendido resultados exitosos.

Por último, hemos de señalar las numerosísimas aplicaciones que tienen las zeolitas y en general los materiales nano, micro y mesoporosos en ámbitos muy diversos. Por ejemplo, Corma ha trabajado en el desarrollo de catalizadores utilizados para la conversión de biomasa en biocombustibles, y también para fotocatálisis y desarrollo de petroquímicos. Estos materiales porosos también pueden utilizarse para otras aplicaciones no catalíticas, como por ejemplo de filtros o como soportes. En general, tienen un rango amplísimo de aplicaciones, prácticamente tan amplio como queramos imaginar.

En definitiva, se mejora el desarrollo y la producción de prácticamente cualquier cosa a la que lo queremos aplicar, por lo cual debemos estar francamente agradecidos. Desde HdC esperamos que la carrera de estos tres brillantes científicos, y las de otros no tan famosos pero altamente profesionales y trabajadores, siga adelante para brindarnos nuevos conocimientos en química que permitan el desarrollo de aplicaciones que, en última instancia, harán nuestra vida más fácil.

 Cristina Novillo Ibáñez

Enlaces relacionados

http://sociedad.elpais.com/sociedad/2014/05/28/actualidad/1401272881_007080.html

http://www.fpa.es/es/premios-principe-de-asturias/premiados/2014-avelino-corma-canos-mark-e-davis-y-galen-d-stucky.html?especifica=0&idCategoria=0&anio=2014&especifica=0

http://www.quo.es/ciencia/seleccion-espanola-de-ciencia/avelino-corma-hay-que-estar-dispuesto-a-pagar-por-las-energias-renovables

http://www.avelinocorma.es/investigacioacuten.html

http://es.wikibooks.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica/Cat%C3%A1lisis

Vernimmen, Meynen and Cool. Synthesis and catalytic applications of combines zeolitic/mesoporous materials. Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, 785-801. doi:10.3762/bjnano.2.87

Imágenes:

http://genomasur.com/lecturas/Guia03.htm

Agradecimientos:

María Diz

Ununcuadio

Hablando de Ciencia