Un reciente estudio realizado por investigadores de la Universidad Case Western Reserve ha puesto de manifiesto la ineficiencia de los materiales porosos utilizados en la separación de moléculas en diversas industrias, incluyendo la farmacéutica y la producción de energía. Estos hallazgos revelan que los materiales, que se comercializan como «totalmente porosos», en realidad presentan un bloqueamiento significativo en sus poros, lo que genera costos elevados y una considerable huella de carbono.
La separación de moléculas de mezclas de sustancias consume aproximadamente el 15% de la energía de Estados Unidos, emitiendo anualmente 100 millones de toneladas de dióxido de carbono y generando un costo de 4.000 millones de dólares. Este proceso es fundamental para la producción de nuevos fármacos, así como en la industria química, la ciencia medioambiental y la fabricación de alimentos y bebidas.
Evidencias de ineficiencia
La investigadora Lydia Kisley, asistente de profesor en física y química, utilizó una técnica conocida como microscopía de una sola molécula para analizar el comportamiento de los materiales en condiciones reales de separación. Sus resultados mostraron que las soluciones que contenían moléculas de interés se adsorbían principalmente en el borde exterior de los materiales porosos, dejando el centro prácticamente sin utilizar.
Kisley expresó su sorpresa ante el descubrimiento, afirmando: «Estos materiales son comercializados como ‘totalmente porosos’, pero no lo son». Junto a sus colegas, la profesora Burcu Gurkan y la profesora asociada Christine Duval, se propusieron investigar las razones detrás de esta ineficacia. Inicialmente, los materiales fueron probados en condiciones especificadas por la industria, donde funcionaron como se esperaba. Sin embargo, al examinar los materiales bajo condiciones reales, se hizo evidente que el exceso de material celulósico añadido para capturar moléculas estaba obstruyendo los poros.
La eliminación de este material extra mediante un disolvente mejoró significativamente el rendimiento de las separaciones. Según Kisley, «la mitad del costo de llevar un nuevo fármaco al mercado se destina a la separación de moléculas, un proceso que puede repetirse entre 10 y 20 veces para una sola sustancia». Si la industria adopta la técnica de microscopía de una sola molécula, es posible que se eliminen los métodos de prueba y error actualmente utilizados, optimizando así la eficiencia de las separaciones.
La colaboración en este estudio se extendió a otros académicos, incluyendo a Rachel Saylor, profesora asociada de química y bioquímica en el Oberlin College, así como a investigadores del Centro Swagelok para el Análisis de Superficies de Materiales de la Universidad Case School of Engineering.
