Los retos de la 'química verde'
Investigadores españoles buscan nuevos compuestos con funciones innovadoras y que generen menos residuos contaminantes que los actuales
José Ramón Galán-Mascarós hace una especie de 'mestizaje químico' en el Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ). / JOSEP LLUÍS SELLART
Los alquimistas de antaño soñaban con transformar cualquier metal en oro. Para los químicos actuales la meta no es menos valiosa: que los procesos químicos más comunes dejen de generar residuos contaminantes. La llamada química verde es el telón de fondo de muchas de las investigaciones más novedosas en los laboratorios españoles, que buscan nuevos materiales capaces de absorber mejor el CO2 atmosférico, aprovechar este gas excesivamente abundante para producir fármacos o mejorar el rendimiento de los combustibles.
Si los químicos fueran pintores se encontrarían con que la paleta cromática de la que disponen está aún aprovechada solo en parte. Es decir, quedan muchos colores por descubrir, o, traduciendo la metáfora, muchas combinaciones posibles de elementos y compuestos químicos por explorar. Las leyes físicas fundamentales son las que determinan la forma en que átomos y moléculas se relacionan, pero lo cierto es que algunos límites del universo químico aún no se vislumbran, y que en los laboratorios se ensayan posibilidades nuevas cada día. Como dice Paolo Melchiorre, investigador del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), "lo más bonito es que podemos obtener algo que no hemos predicho, estamos definiendo la nueva frontera".
Los químicos del siglo XXI conservan parte del viejo espíritu alquimista. Conocen las fuerzas que hacen que átomos y moléculas se unan con mayor o menor intensidad, pero cuando hay en juego decenas, centenares o millones de ellos no es nada fácil predecir cómo se comportarán. La química aún avanza en parte a golpe de ensayo y error.
El truco está en reducir al mínimo los tiros a ciegas. En eso consiste el trabajo de Sofía Calero, en la Universidad Pablo de Olavide (UPO), de Sevilla. Su proyecto, como el de los demás aquí citados, ha sido seleccionado para recibir financiación durante cinco años por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), lo que significa que podría revolucionar el área de investigación y, en última instancia, la vida cotidiana, pero su éxito no está garantizado.
Lo que hace Calero es comparable a manipular -de forma teórica, en el ordenador- el código matrix de los compuestos químicos: conociendo las leyes que rigen las fuerzas entre átomos y moléculas, Calero simula su comportamiento y predice cómo modificar un material para que tenga las propiedades deseadas. "Supón que una empresa emite demasiado CO2 y necesita retenerlo para que no se emita al exterior", explica; "ya hay en el mercado materiales capaces de absorber CO2 de la atmósfera, pero pueden resultar muy caros, o no adecuados por otras razones. Nosotros podemos hacer que ahorren mucho dinero al ayudarles a descartar materiales poco eficientes y proponer otros que, al menos sobre el papel, funcionarían mejor".
Predicen, por ejemplo, el tamaño idóneo de los poros para que determinadas moléculas puedan atravesarlos, o si una molécula se pegará o no sobre tal o cual superficie. Es un trabajo teórico, para el que se usa un larguísimo programa informático. Lo que no le resta interés empresarial. El grupo de Calero colabora ya con Abengoa, Chevron Texaco y otras compañías del sector energético y medioambiental.
Otra idea atrevida, y verde, es la del proyecto de Rubén Martín Romo, del ICIQ: sintetizar nuevos fármacos usando CO2. Martín Romo es experto en crear un tipo de compuestos -catalizadores metálicos- que hacen posible la reacción entre moléculas basadas en carbono. Los fármacos están hechos de moléculas con carbono. ¿Por qué no usar un compuesto tan barato y abundante como el dióxido de carbono (CO2) para hacer fármacos?
No será fácil. El CO2 es una molécula muy estable tal como está, no está interesada en reaccionar con otras moléculas. Hace falta un compuesto, un catalizador, capaz de atraparla químicamente y cambiar su pasividad. El objetivo de Martín Romo es diseñar uno que además de cazar el carbono del CO2 no genere residuos. Uno de los metales más usados como catalizadores en la química del carbono es el paladio, pero este elemento es también uno de los más tóxicos. Martín Romo quiere diseñar un catalizador a base de metales muy abundantes, baratos y que no generen residuos, como el hierro.
Xavier Ribas, de la Universitat de Girona, también ha declarado la guerra al paladio. "Hay un gran interés en encontrar metales menos tóxicos y más económicos que sirvan como catalizadores en la síntesis de moléculas orgánicas [basadas en el carbono]", dice Ribas. Su estrategia se basa en usar modelos que simulan cómo se acoplan fragmentos de varias moléculas, y que ayudan a predecir el resultado final.
El lado verde del proyecto de Paolo Melchiorre (ICIQ) es que quiere que sus reacciones químicas sean promovidas por la luz solar. "Se trata de transformar la energía solar en energía química, para sintetizar nuevos compuestos", explica. Pero Melchiorre no busca cualquier compuesto, sino moléculas con una quiralidad que él haya sido capaz de predecir.
La quiralidad es la propiedad que tienen las moléculas de ser zurdas o diestras. Como las manos humanas: puede haber dos moléculas de idéntica estructura pero que una sea la imagen especular de la otra, de forma que al superponerlas no coinciden. En el laboratorio se pueden generar a la vez moléculas zurdas y diestras, que tengan un comportamiento distinto. Es lo que ocurrió con el fármaco talidomida, retirado en los años sesenta porque producía malformaciones: ahora se sabe que contenía una mezcla de moléculas diestras y zurdas, y que la forma diestra es teratógena. Con el trabajo de Melchiorre se evitarían casos así.
Un material con propiedades magnéticas o eléctricas que cambiaran con la luz, por ejemplo, sería muy interesante para sistemas de almacenamiento de información o futuros ordenadores ópticos. "La naturaleza no ha agotado todas las reacciones químicas posibles, hay mucho margen para crear nuevos materiales", señala Galán-Mascarós.
Su trabajo se basa en conocer muy bien las propiedades de las moléculas de partida. Eso le permite predecir, "con bastantes probabilidades de éxito", las propiedades del material sólido final, hecho de millones de esas moléculas. Una de las partes más difíciles del proceso es controlar el ensamblado de esas moléculas.
Además, el control de las moléculas "ofrece una oportunidad inigualable de crear materiales a medida", dice este investigador. El diseño químico permite preparar moléculas con las propiedades deseadas, y usarlas para construir nuevos materiales. "Ninguna otra estrategia ofrece tantas posibilidades de innovación química".
Si los químicos fueran pintores se encontrarían con que la paleta cromática de la que disponen está aún aprovechada solo en parte. Es decir, quedan muchos colores por descubrir, o, traduciendo la metáfora, muchas combinaciones posibles de elementos y compuestos químicos por explorar. Las leyes físicas fundamentales son las que determinan la forma en que átomos y moléculas se relacionan, pero lo cierto es que algunos límites del universo químico aún no se vislumbran, y que en los laboratorios se ensayan posibilidades nuevas cada día. Como dice Paolo Melchiorre, investigador del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), "lo más bonito es que podemos obtener algo que no hemos predicho, estamos definiendo la nueva frontera".
Los químicos del siglo XXI conservan parte del viejo espíritu alquimista. Conocen las fuerzas que hacen que átomos y moléculas se unan con mayor o menor intensidad, pero cuando hay en juego decenas, centenares o millones de ellos no es nada fácil predecir cómo se comportarán. La química aún avanza en parte a golpe de ensayo y error.
El truco está en reducir al mínimo los tiros a ciegas. En eso consiste el trabajo de Sofía Calero, en la Universidad Pablo de Olavide (UPO), de Sevilla. Su proyecto, como el de los demás aquí citados, ha sido seleccionado para recibir financiación durante cinco años por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), lo que significa que podría revolucionar el área de investigación y, en última instancia, la vida cotidiana, pero su éxito no está garantizado.
Lo que hace Calero es comparable a manipular -de forma teórica, en el ordenador- el código matrix de los compuestos químicos: conociendo las leyes que rigen las fuerzas entre átomos y moléculas, Calero simula su comportamiento y predice cómo modificar un material para que tenga las propiedades deseadas. "Supón que una empresa emite demasiado CO2 y necesita retenerlo para que no se emita al exterior", explica; "ya hay en el mercado materiales capaces de absorber CO2 de la atmósfera, pero pueden resultar muy caros, o no adecuados por otras razones. Nosotros podemos hacer que ahorren mucho dinero al ayudarles a descartar materiales poco eficientes y proponer otros que, al menos sobre el papel, funcionarían mejor".
Predicen, por ejemplo, el tamaño idóneo de los poros para que determinadas moléculas puedan atravesarlos, o si una molécula se pegará o no sobre tal o cual superficie. Es un trabajo teórico, para el que se usa un larguísimo programa informático. Lo que no le resta interés empresarial. El grupo de Calero colabora ya con Abengoa, Chevron Texaco y otras compañías del sector energético y medioambiental.
Otra idea atrevida, y verde, es la del proyecto de Rubén Martín Romo, del ICIQ: sintetizar nuevos fármacos usando CO2. Martín Romo es experto en crear un tipo de compuestos -catalizadores metálicos- que hacen posible la reacción entre moléculas basadas en carbono. Los fármacos están hechos de moléculas con carbono. ¿Por qué no usar un compuesto tan barato y abundante como el dióxido de carbono (CO2) para hacer fármacos?
No será fácil. El CO2 es una molécula muy estable tal como está, no está interesada en reaccionar con otras moléculas. Hace falta un compuesto, un catalizador, capaz de atraparla químicamente y cambiar su pasividad. El objetivo de Martín Romo es diseñar uno que además de cazar el carbono del CO2 no genere residuos. Uno de los metales más usados como catalizadores en la química del carbono es el paladio, pero este elemento es también uno de los más tóxicos. Martín Romo quiere diseñar un catalizador a base de metales muy abundantes, baratos y que no generen residuos, como el hierro.
Xavier Ribas, de la Universitat de Girona, también ha declarado la guerra al paladio. "Hay un gran interés en encontrar metales menos tóxicos y más económicos que sirvan como catalizadores en la síntesis de moléculas orgánicas [basadas en el carbono]", dice Ribas. Su estrategia se basa en usar modelos que simulan cómo se acoplan fragmentos de varias moléculas, y que ayudan a predecir el resultado final.
El lado verde del proyecto de Paolo Melchiorre (ICIQ) es que quiere que sus reacciones químicas sean promovidas por la luz solar. "Se trata de transformar la energía solar en energía química, para sintetizar nuevos compuestos", explica. Pero Melchiorre no busca cualquier compuesto, sino moléculas con una quiralidad que él haya sido capaz de predecir.
La quiralidad es la propiedad que tienen las moléculas de ser zurdas o diestras. Como las manos humanas: puede haber dos moléculas de idéntica estructura pero que una sea la imagen especular de la otra, de forma que al superponerlas no coinciden. En el laboratorio se pueden generar a la vez moléculas zurdas y diestras, que tengan un comportamiento distinto. Es lo que ocurrió con el fármaco talidomida, retirado en los años sesenta porque producía malformaciones: ahora se sabe que contenía una mezcla de moléculas diestras y zurdas, y que la forma diestra es teratógena. Con el trabajo de Melchiorre se evitarían casos así.
Lo que la naturaleza no da
Quién sabe si, con el tiempo suficiente, las reacciones químicas que se producen de forma natural, sin intervención humana, hubieran generado los plásticos. O materiales como los que busca José Ramón Galán-Mascarós, del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), con "propiedades físicas únicas para desarrollar nuevas tecnologías: memorias magneto-ópticas; sensores magneto-eléctricos; materiales eléctricos inteligentes...", explica. Su estrategia es llevar a cabo "una especie de mestizaje químico: combinar diversos tipos de moléculas con diferentes propiedades ópticas, eléctricas o magnéticas en un único compuesto híbrido; este diseño artificial nos permitirá preparar materiales que son imposibles de encontrar en la naturaleza".Un material con propiedades magnéticas o eléctricas que cambiaran con la luz, por ejemplo, sería muy interesante para sistemas de almacenamiento de información o futuros ordenadores ópticos. "La naturaleza no ha agotado todas las reacciones químicas posibles, hay mucho margen para crear nuevos materiales", señala Galán-Mascarós.
Su trabajo se basa en conocer muy bien las propiedades de las moléculas de partida. Eso le permite predecir, "con bastantes probabilidades de éxito", las propiedades del material sólido final, hecho de millones de esas moléculas. Una de las partes más difíciles del proceso es controlar el ensamblado de esas moléculas.
Además, el control de las moléculas "ofrece una oportunidad inigualable de crear materiales a medida", dice este investigador. El diseño químico permite preparar moléculas con las propiedades deseadas, y usarlas para construir nuevos materiales. "Ninguna otra estrategia ofrece tantas posibilidades de innovación química".
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