Más de 150 millones de toneladas métricas de propileno se producen anualmente, lo que lo convierte en uno de los compuestos químicos más utilizados en la industria. El propileno es la base del polipropileno, un polímero presente en dispositivos médicos, envases y productos de uso cotidiano. Sin embargo, la mayor parte del propileno se obtiene a través del cracking de vapor, un proceso energético que descompone el petróleo crudo en hidrocarburos más pequeños.
Investigadores de la Universidad Northwestern han encontrado una forma innovadora de producir propileno utilizando luz. Su estudio demuestra que un catalizador fotoactivo nanoengineered puede crear propileno directamente mediante un proceso conocido como deshidrogenación de propano no oxidativa (PDH). Este avance podría conducir a una reducción de las emisiones en la industria química, un paso crucial hacia la descarbonización industrial.
Producción de propileno a través de reacciones impulsadas por luz
Para sintetizar propileno, es necesario romper los enlaces carbono-hidrógeno a nivel molecular. Aunque puede parecer sencillo, estos enlaces son muy estables y difíciles de romper. Gracias a la disponibilidad de gas natural en Estados Unidos a través de recursos de esquisto, el PDH como método de producción de propileno ha ganado popularidad, ya que podría resultar más económico y reducir la dependencia de recursos petroleros, facilitando la transición hacia energías renovables.
A pesar de esto, los científicos se han enfrentado al reto de encontrar los catalizadores adecuados que minimicen el impacto ambiental. En su estudio, el equipo liderado por Dayne Swearer exploró la idea de utilizar nanopartículas que absorben luz y que poseen ubicaciones definidas donde un solo átomo cataliza la reacción. Crearon una aleación de cobre y platino, conocida por su eficacia como catalizador térmico, y probaron el efecto de la luz sobre ella.
Los investigadores descubrieron que al activar las nanopartículas con un láser, estas se excitaban y catalizaban la reacción para producir propileno. Experimentaron con diferentes cantidades de platino aleado, así como con el color e intensidad de la luz. Observaron que al incluir átomos de platino aislados dentro de las nanopartículas de cobre, la estructura canalizaba la luz hacia los átomos de platino, facilitando la ruptura de los enlaces carbono-hidrógeno. Este enfoque optimiza el uso de un metal precioso, requiriendo una cantidad mínima sin sacrificar la reactividad y selectividad del proceso.
Un beneficio adicional de este proceso es la producción simultánea de hidrógeno, lo que representa un subproducto valioso. Además, el equipo encontró que podían reducir la temperatura de operación en 50 grados Celsius, manteniendo la misma tasa de conversión. Esto implica que, si la industria adoptara este método, podría resultar en un ahorro energético significativo y una considerable disminución de las emisiones asociadas a la fabricación química.
El equipo de investigación tiene la intención de seguir desarrollando este catalizador y probarlo en otros procesos cruciales para la producción de los componentes básicos de la industria química. Como concluyó Swearer, «hay mucho espacio para explorar el uso de estos aleaciones de un solo átomo impulsadas por luz para llevar a cabo diferentes reacciones».
