Lo que hoy suele terminar como un residuo —hojas, troncos, aserrín o cáscaras— podría convertirse en combustibles, plásticos o incluso fármacos. Ese es el potencial de la biomasa, la materia orgánica de origen vegetal, cuya transformación en productos de valor agregado es el eje de una investigación que lleva adelante Marcelo Javier Radurean, becario de la Universidad Nacional del Nordeste (Unne).
El proyecto, titulado "Procesos sostenibles de conversión de biomasa: estudio de mecanismos de adsorción y reacción sobre catalizadores sólidos heterogéneos", forma parte de una Beca de Estímulo a la Investigación Tipo I de la Unne. Radurean, profesor en Ciencias Químicas de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura (FaCena), trabaja bajo la dirección de la doctora María Fernanda Zalazar en el Laboratorio de Estructura Molecular y Propiedades (LEMyP) del Instituto de Química Básica y Aplicada del Nordeste Argentino (Iquiba-Unne), dependiente del Conicet y la Unne.
Qué dice el estudio
La investigación busca responder una pregunta que aún genera debate en la comunidad científica: qué ocurre exactamente a nivel molecular cuando la biomasa se transforma mediante catalizadores sólidos. Aunque se conoce que estos materiales aceleran las reacciones químicas sin consumirse en el proceso, muchas de las etapas intermedias suceden en tiempos tan breves que resultan prácticamente imposibles de observar con técnicas experimentales tradicionales.
Para superar esa limitación, el equipo utiliza herramientas de química computacional capaces de recrear, a escala atómica, cómo interactúan las moléculas derivadas de la biomasa con la superficie de distintos catalizadores. Estas simulaciones permiten identificar los sitios activos donde ocurren las reacciones, reconstruir mecanismos imposibles de detectar en el laboratorio y calcular la energía necesaria en cada etapa del proceso.
Los catalizadores analizados son las zeolitas, materiales cristalinos microporosos cuya estructura interna está formada por una compleja red de canales y cavidades nanométricas. En esos pequeños espacios las moléculas se adsorben, se desplazan y reaccionan. El tamaño de los poros, la forma de los canales y la distribución de los sitios activos determinan qué transformaciones químicas pueden producirse y con qué nivel de eficiencia.
Uno de los casos que estudia Radurean es la conversión de bioetanol en biobutanol. Según la literatura científica existen dos mecanismos posibles para esa reacción: uno directo, en el que dos moléculas de etanol se unen en un solo paso, y otro indirecto, con varias etapas intermedias. El objetivo es determinar cuál de esas rutas predomina según las características del catalizador.
El plan de trabajo contempla cuatro objetivos principales: predecir cómo las moléculas derivadas de la biomasa se adsorben sobre diferentes catalizadores; describir los mecanismos de reacción que conducen a los productos finales; analizar las interacciones entre los grupos funcionales de las moléculas y los sitios activos del material; y relacionar esas propiedades con la eficiencia catalítica para comprender por qué algunos materiales funcionan mejor que otros.
La metodología combina simulaciones computacionales con validaciones experimentales. Por un lado, se emplean métodos de química cuántica para modelar la estructura electrónica de moléculas y catalizadores, identificar especies intermedias y estados de transición de vida extremadamente corta, además de calcular las barreras energéticas de cada reacción. Por otro, esos resultados se contrastan mediante técnicas experimentales, como la espectroscopía infrarroja FTIR, que permite analizar las interacciones químicas entre las moléculas adsorbidas y la superficie de los materiales.
Equipo completo
El trabajo se desarrolla junto a un equipo integrado por los doctores Emilio Angelina, Darío Duarte, Rosana Ramírez y Gonzalo Romero; la ingeniera Sofía Tenev Monicault; y los profesores Nicolás Esquenazi, Germán Conti y Carlos Galarza, quienes impulsan distintas líneas de investigación en química computacional.
Aunque se trata de investigación básica, sus aplicaciones potenciales son concretas. El conocimiento obtenido podría contribuir a optimizar procesos industriales vinculados con las biorrefinerías, instalaciones dedicadas a transformar recursos vegetales en combustibles, productos químicos y materiales de alto valor agregado mediante procesos más eficientes y sostenibles.
Además de aportar evidencia para resolver debates científicos internacionales sobre el funcionamiento de los catalizadores sólidos, los resultados servirán para orientar el desarrollo de nuevos materiales diseñados específicamente para favorecer determinadas reacciones químicas. Las conclusiones serán difundidas en revistas científicas y congresos nacionales e internacionales, fortaleciendo la producción científica de la Unne y el Conicet en áreas como la catálisis, la química computacional y la valorización de biomasa.
Con información de Unne Medios
