Muchos procesos catalíticos utilizados en diversos tipos de industrias, como la del automóvil o la industria alimentaria, están basados en una composición centrada en metales nobles y óxidos de lantánidos. Ambos componentes son necesarios aunque caros, especialmente los primeros, sin olvidar que los óxidos de lantánidos generan una dependencia estratégica del mercado asiático, productor mundial mayoritario de compuestos de este tipo de elementos conocidos también como tierras raras. Es por ello, por lo que en los últimos tiempos los investigadores que trabajan en torno a los catalizadores están buscando formulaciones en las que se reduzcan estos elementos y así abaratar costes, sin perder con ello la eficacia para aumentar la velocidad de cualquier tipo de reacción química.

En la Universidad de Cádiz, el trabajo conjunto de dos grupos de investigación, el FQM-334: Estructura y química de nanomateriales, coordinado por el catedrático José Juan Calvino y el FQM-110: Química de sólidos y catálisis, dirigido por el también catedrático Miguel Ángel Cauqui, ha conseguido obtener nuevos catalizadores que no contienen metales nobles en su formulación, tienen un bajo contenido en lantánido y presentan buenas propiedades de almacenamiento de oxígeno. Estos catalizadores podrían ser de gran interés en la depuración de gases de escape de motores de combustión y en la catálisis de cualquier reacción en la que se requiera la activación de moléculas de hidrógeno o intercambio de oxígeno.

Estos catalizadores han sido patentados por la Universidad de Cádiz y forman parte de los resultados del Proyecto del Plan Nacional titulado Catalizadores nanoestructurados a base de óxidos lantánidos para la producción de hidrógeno y biodiesel, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Para llegar a este punto, los integrantes de ambos grupos de la UCA partieron de la idea de «no sustituir a los lantánidos, ya que son los elementos que mejor conocemos, tras muchos años de estudio. Nos propusimos, alternativamente, optimizar su uso, diseñando catalizadores donde el contenido en lantánido fuera el menor posible y estuviera dispuesto en el sitio adecuado para que fuera efectivo», como explica el catedrático José Juan Calvino. De esta forma, estos investigadores desarrollaron un producto en el que el contenido en lantánido era mucho más bajo de lo habitual y que tenía unas propiedades que «no sólo nos hicieron ver que se producía un ahorro considerable en tierras raras sino que, además, nos podíamos ahorrar el metal noble. Y es que algunas de las propiedades de los nuevos materiales que se lograron se asimilan en gran medida a las que normalmente se le atribuyen a algunos metales nobles, como fue el caso de la activación del hidrógeno», como matiza el profesor Miguel Ángel Cauqui.

«En un principio pensamos en optimizar el lantánido y luego añadir poco metal noble u otro metal más barato, pero nos dimos cuenta que con esta formulación podíamos incluso prescindir de éste», en palabras del responsable del grupo FQM-110. Los resultados de este trabajo, en el que ha contribuido de forma muy especial la investigadora Mª del Pilar Yeste, originaron, en un primer momento, cierta sorpresa entre los científicos de la UCA, ya que «se había llegado a un comportamiento un tanto particular. De hecho, esperábamos un buen comportamiento, pero no lo que obtuvimos», reconoce el profesor Calvino.

Estos investigadores han conseguido que un óxido se comporte químicamente en algunos aspectos como un metal, algo que «en sí mismo, también es de interés científico». Pero desde ambos grupos se quiere dar un paso más y «ver cómo esta aportación científica satisface problemas reales. Estamos explorando reacciones donde estos sistemas muestren buen comportamiento y buscando colaboraciones con otros investigadores o laboratorios para llevar a cabo más ensayos y comprobar si ellos tienen otras respuestas distintas a las obtenidas por nosotros. Necesitamos estas colaboraciones para ver otras dimensiones aplicadas de esta patente», subraya Miguel Ángel Cauqui.

Además de ello, se debe indicar que estos nuevos catalizadores permiten operar a bajas temperaturas, entre 150-500ºC, lo que evita su sinterización* además de suponer un menor coste energético.

«No se debe pasar por alto que todo esto es fruto del trabajo que, desde la Facultad de Ciencias, se ha llevado a cabo durante 30 años, una investigación iniciada por el profesor Serafín Bernal y que nos ha llevado hasta aquí», asevera el responsable del grupo FQM-334.

* Es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.