Nanocatalizadores en los combustibles: aliados para el medio ambiente

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California. 2 de abril de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- El dióxido de azufre (SO₂) es un gas incoloro que se genera en la combustión de carbón y productos derivados del petróleo, como el diesel y la gasolina, así como en la fundición de minerales que lo contienen.

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), la principal fuente antropogénica del dióxido de azufre es la quema de combustibles fósiles, efectuada para el funcionamiento de calefacciones domésticas y vehículos motorizados, además de la producción de electricidad.

La OMS advierte que el SO₂ "puede afectar el sistema respiratorio y las funciones pulmonares, y causa irritación ocular. La inflamación del sistema respiratorio provoca tos, secreción mucosa, agravamiento del asma y bronquitis crónica".

El organismo internacional también observa que los ingresos hospitalarios por cardiopatías y la mortalidad aumentan en los días en que los niveles de dióxido de azufre son más elevados.

Es por ello que la producción de combustibles de ultra bajo azufre es una estrategia impulsada por Petróleos Mexicanos (Pemex) para reducir las emisiones de dióxido de azufre en el ambiente.

Bajo este objetivo, especialistas del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada, diseñaron y patentaron nanocatalizadores con capacidad de reducir el azufre en la quema de combustibles fósiles.

Doctor Sergio Fuentes Moyado.Los nanocatalizadores, desarrollados con financiamiento del Fondo sectorial del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la Secretaría de Energía (Sener), se encuentran a punto de ser sometidos a pruebas a escala industrial, después de haber comprobado su efectividad en una planta piloto.

Negro panorama

Especialistas de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) advierten que todo esfuerzo que contribuya a la disminución en la emisión de contaminantes atmosféricos, como el monóxido de carbono, el óxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, ayudará a mejorar las condiciones ambientales y la salud pública.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Efraín Carlos Nieblas Ortiz, experto en ciencias ambientales y coordinador de proyectos de gestión ambiental en la UABC, refirió que inventarios de los que disponen muestran que en Baja California se producen al año al menos 488 toneladas de óxido de azufre por la quema de combustibles fósiles procedentes del tráfico vehicular en tres municipios.

Mientras que en la zona que conforman los municipios de Tijuana y Playas de Rosarito, las emisiones de azufre por vehículos motorizados alcanzan las 335 toneladas anuales; en el municipio de Mexicali suman 153 toneladas.

“En total, si sumamos las emisiones del transporte público a las de la industria pesada o la industria ligera y otro tipo de fuentes, en Mexicali estaríamos hablando de poco más de cuatro mil 500 toneladas de óxido de azufre al año, y en la zona Tijuana-Rosarito estaríamos hablando de cinco mil 197 toneladas al año de estos contaminantes que tienen como origen el azufre y que diversas actividades antropogénicas los están generando cotidianamente”, observó el doctor Nieblas Ortiz.

Las alarmantes cifras no son solo números. Datos generados por el sector salud, en conjunto con especialistas en calidad de aire y salud pública de la UABC, señalan que en Mexicali la tasa de muertes prematuras fue de 304 en 2015.

En ese año, la situación derivó en problemas de salud para la población que implicaron una inversión por el orden de los 25 millones de pesos por parte del sector salud, mientras que las pérdidas por la falta de productividad se calculan en 200 millones de pesos.

El doctor Nieblas Ortiz subrayó que toda estrategia de mitigación de la contaminación del aire debe contemplar la reducción de los niveles de azufre en los combustibles.

“Sin duda, la reducción de las emisiones de azufre podría venir acompañada de beneficios ambientales y a la salud humana, pero también se deberían agregar beneficios en la reducción de gases de efecto invernadero. Tendría un efecto sinérgico positivo sobre las emisiones totales, incluyendo el monóxido de carbono, el material particulado, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, esto porque el solo hecho de poder controlar las emisiones de azufre puede llegar a que la tecnología disponible ya sea más efectiva para controlar estos otros gases”.

¿Cómo funcionan los nanocatalizadores?

La demanda de combustibles en México va en incremento. Datos de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee) proyectan que el consumo de diesel, uno de los combustibles producidos por Pemex, aumentará anualmente 3.5 por ciento, lo que equivale a 12.11 millones de barriles.

La eliminación del azufre de los combustibles como el diesel requiere del uso de catalizadores, trabajo en que se especializa el doctor Sergio Fuentes Moyado, investigador del Cnyn y líder del proyecto financiado por Sener y Conacyt para el desarrollo de nanocatalizadores que reduzcan los niveles de azufre en combustibles.

En entrevista, el doctor Fuentes Moyado explicó que las moléculas del petróleo contienen impurezas, cadenas lineales o ramificadas que forman anillos de carbón e hidrógeno que contraen sustancias contaminantes como el azufre, níquel, vanadio, nitrógeno, entre otros.

“Están pegados en la estructura molecular del petróleo. Entonces lo que el catalizador hace es romper los enlaces de esas moléculas con el azufre, nitrógeno o estos metales contaminantes, y los saca, entonces las moléculas quedan limpias, quedan fuera de todos estos heteroátomos contaminantes”, expuso.

Los nanocatalizadores patentados por la UNAM se basan en níquel, molibdeno y óxido de aluminio; mientras que el níquel y el molibdeno forman las nanopartículas que realizan la catálisis, el óxido de aluminio es el soporte que mantiene esas nanopartículas para que estén en contacto con el flujo de moléculas.

Eficiencia probada

Una vez que el nanocatalizador fue diseñado, los especialistas de la UNAM lo evaluaron en laboratorio, midieron sus características de concentración, área superficial y propiedades fisicoquímicas, para después iniciar con una serie de pruebas que definieran la fórmula adecuada, orientada a su optimización.

“Hay que hacer pruebas en laboratorio, en reacciones catalíticas modelo. Se toma una molécula similar a las que hay en el petróleo, solo una, y se hace una prueba, así se va escalando, primero con una molécula que se llama dibenzotiofeno, después con tres metil dibenzotiofeno; posteriormente se hacen pruebas con cargas simuladas, después con cargas reales, después se lleva a planta piloto y en esa etapa ya hay una fórmula que se puede patentar”, describió el doctor Fuentes Moyado.

Los nanocatalizadores desarrollados para Pemex ya fueron sometidos a todo ese proceso y obtuvieron resultados superiores a los exigidos, por lo que ahora se encuentran en la fase para probarlos en un reactor industrial y para ello se tendrán que producir los nanocatalizadores en decenas de toneladas.

Pero el éxito de los nanocatalizadores no termina con el trabajo de los investigadores de la UNAM, quienes ahora laboran en el diseño de una segunda generación que seguirá el procedimiento para obtener el mismo tipo de catalizador, con el mismo objetivo, pero utilizando una nueva fórmula que podría resultar todavía más eficiente para la producción de combustibles menos dañinos para el medio ambiente.

 

 

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