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Ciencias naturales y subdisciplinas - Comercio - Minería y extracción | 2017-08-24

Zeolitas tienen proyección industrial

Agencia de Noticias UN | Un estudio adelantado con material zeolítico proveniente de La Pintada (Antioquia) estableció su utilidad en la producción de combustibles alternativos para vehículos y otros compuestos de interés industrial.

Las zeolitas son materiales conformados por átomos comunes (silicio, aluminio y oxígeno), y se consideran hermanas de las arcillas. Se extraen del suelo en todos los ambientes geológicos como cristales microporosos, lo que les brinda la propiedad de actuar como un cedazo (o tamiz) con el que se separan moléculas.

Dichos minerales se utilizan para separar el oxígeno y el nitrógeno del aire en las balas de oxígeno; el agua del etanol para obtener el alcohol que se mezcla con gasolina; o las parafinas de moléculas ramificadas para mejorar el octanaje de este combustible.

Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) descubrieron un nuevo uso para este mineral: se trata de posibles aplicaciones de las zeolitas de la formación geológica Combia, de La Pintada (Antioquia).

El principal hallazgo del trabajo adelantado por John Freddy Gelves Díaz, doctor en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de la Facultad de Minas de la U.N. Sede Medellín, es el potencial de las zeolitas para producir metanol, gracias a las propiedades catalíticas de este mineral, es decir que “la zeolita genera una ruta de reacción química que es termodinámicamente favorable para obtener alcohol metílico, como también se le conoce al metanol”.

La importancia del metanol radica en que posee varias aplicaciones de alto impacto en la industria, por lo que se usa en la fabricación de empaques de poliéster, pinturas y plásticos, y también como anticongelante, disolvente y combustible; por ejemplo de él están elaborados los mecheros que se emplean en las clases de química.

Nueva ruta de obtención

El investigador Gelvez Díaz señala que originalmente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera, materia prima que condujo a su nombre de “alcohol de madera”. Pero en la actualidad la mayor cantidad se genera a partir de un proceso que consta de dos etapas, en el cual se utiliza el metano del gas natural como principal materia prima; la técnica se caracteriza por usar temperaturas y valores de presión muy altos. Por los elevados costos de equipamiento, instalaciones y tiempo de duración del procedimiento, existe un gran interés por encontrar una ruta más directa para obtenerlo.

En esa búsqueda, y a la par de los mejores científicos del tema en el mundo, los investigadores de la U.N. han hallado la forma de producir metanol mediante la tecnología del plasma no térmico. Esta consiste en producir especies reactivas como iones, radicales y moléculas a partir del sometimiento de un gas –o mezcla de ellos– a un fuerte campo electromagnético: para el caso se usó el proceso de descarga de barrera dieléctrica.

Uno de los aspectos destacados de la investigación es que como materia prima se usaron moléculas de metano y dióxido de carbono, reconocidos gases de efecto invernadero.

Los directores de la investigación, Germán Alberto Sierra y Marco Antonio Márquez, profesores del Departamento de Materiales y Minerales de la Facultad de Minas de la Sede, explican que “el plasma es el cuarto estado de la materia y el más abundante dentro de la materia visible del universo; ejemplos de ello son las estrellas y los rayos presentes en las tormentas eléctricas”.

El estado plasmático se puede obtener de forma artificial en laboratorio, a través del sometimiento de materia gaseosa a voltajes superiores a 20.000 voltios y frecuencias de más de 1 kilohertz. Al respecto, el profesor Sierra afirma que aunque ya se conocía el potencial del plasma no térmico para sintetizar metanol, hasta ahora no se habían obtenido valores interesantes de producción por las limitaciones propias del plasma no térmico, y aquí es donde la zeolita natural juega un papel importante.

En Colombia dicha tecnología se ha usado en el área de física y materiales, mas no en la industria química. Sin embargo su implementación es sencilla ya que los equipos utilizados son fáciles de conseguir y más económicos que los reactores tradicionales, que funcionan con altas temperaturas y, por ende, representan un mayor gasto de energía.

Varios estudios enfocados en obtener compuestos oxigenados –incluso del metanol– de forma directa han logrado cantidades inferiores al 10 % del producto. Lo destacable de la investigación del doctor Gelves es que ese valor se incrementó al 22 %, es decir que el acoplamiento de las zeolitas y el plasma mostraron un comportamiento sobresaliente en comparación con otros materiales utilizados tradicionalmente como catalizadores para producir estos compuestos, como por ejemplo óxido de magnesio o de aluminio.

Además de metanol, se obtuvieron otros productos como etanol, ácido fórmico (utilizado como desengrasante y desinfectante), ácido acético (encargado de darle el valor agrio al vinagre) y formaldehído (con propiedades conservantes y antibacterianas), de gran interés industrial.

Con potencial tecnológico

Otro aporte de la investigación es la caracterización mineralógica de las zeolitas encontradas en la formación geológica Combia de La Pintada. El proceso realizado mediante diferentes técnicas de análisis estructural y químico permitió reconocer la presencia de cuatro tipos: chabazita, phillipsita, mordenita y heulandita, esta última la más representativa en la zona de exploración y la que ha mostrado el mayor potencial tecnológico alrededor del mundo.

Sin embargo, pese a que en Colombia se utilizan 2.500 toneladas de esos cristales al año en industrias como la petrolera, la producción nacional es nula.

Los resultados obtenidos por el doctor Gelves son un importante aporte al sector académico e industrial de Colombia, ya que a partir de los hallazgos realizados se pueden abrir nuevas oportunidades de investigación y negocios como ha sucedido en Cuba, donde a partir de un estudio detallado de las zeolitas y sus propiedades se han desarrollado productos como antiácidos, abonos y compuestos para alimentación animal. De hecho, este país es uno de los mayores productores del mineral, junto con Ecuador, Estados Unidos y México.


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